Die habitable Zone um den Stern HD 20794 (in grün) sowie die Umlaufbahn der drei Planeten des Systems.
© Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)
Dreißig Jahre nach der Entdeckung des ersten Exoplaneten wurden in unserer Galaxie mehr als 7000 Planeten dieser Art entdeckt. Aber es gibt noch Milliarden weitere zu entdecken! Parallel dazu haben sich Exoplanetologen mit ihren Eigenschaften beschäftigt, mit dem Ziel, nach Leben anderswo im Universum zu suchen.
In diesem Kontext steht die Entdeckung der Super-Erde HD 20794 d durch ein internationales Team, zu dem die Universität Genf (UNIGE) und das PRN PlanetS gehören. Der neue Planet befindet sich auf einer exzentrischen Umlaufbahn, so dass er sich manchmal in der habitablen Zone seines Sterns und manchmal außerhalb davon befindet. Diese Entdeckung ist das Ergebnis von 20 Jahren Beobachtungen mit den besten Teleskopen der Welt. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
"Sind wir allein im Universum?" Diese Frage war Jahrtausende lang der Philosophie vorbehalten, und erst in jüngster Zeit hat die moderne Wissenschaft begonnen, solide Hypothesen und Beweise zu liefern, um sie zu beantworten. Die Astronomen schreiten jedoch in kleinen Schritten voran.
Jede neue Entdeckung, ob theoretisch oder beobachtungsbasiert, trägt ihren Teil dazu bei, die Grenzen des Wissens zu erweitern. Dies war der Fall bei der Entdeckung des ersten Planeten, der 1995 um einen anderen Stern als die Sonne kreiste, was den beiden Forschern der UNIGE, Michel Mayor und Didier Queloz, 2019 den Nobelpreis für Physik einbrachte.
Seine Helligkeit und Nähe machen ihn zu einem idealen Kandidaten für zukünftige Teleskope zur Beobachtung der Atmosphäre von Exoplaneten.
Fast dreißig Jahre später haben Astronomen zahlreiche Fortschritte gemacht, die es ermöglichen, mehr als 7.000 dieser Exoplaneten zu entdecken. Der aktuelle wissenschaftliche Konsens deutet auf die Existenz eines Planetensystems für jeden Stern in unserer Galaxie hin.
Astronomen suchen nun nach Exoplaneten, die leicht zu untersuchen sind oder interessante Besonderheiten aufweisen, um ihre Hypothesen zu testen und ihr Wissen über die Frage zu festigen. Dies ist der Fall bei dem Planeten HD 20794 d, der gerade von einem Team entdeckt wurde, zu dem Mitglieder der Abteilung für Astronomie der UNIGE gehören.
In der habitablen Zone seines Sterns
Dieser vielversprechende Planet ist eine Super-Erde, ein terrestrischer Planet, der größer ist als die Erde. Er gehört zu einem Planetensystem, das zwei weitere Planeten enthält. Er umkreist einen Stern vom Typ G, ähnlich der Sonne, der sich in einer Entfernung von nur 19,7 Lichtjahren befindet, was im Maßstab des Universums in der unmittelbaren Nachbarschaft der Erde liegt. Diese "Nähe" macht ihn leichter zu untersuchen, da seine Lichtsignale sichtbarer und stärker sind.
"HD 20794, um den HD 20794 d kreist, ist kein gewöhnlicher Stern", erklärt Xavier Dumusque, Lehr- und Forschungsbeauftragter an der Abteilung für Astronomie der UNIGE und Mitautor der Studie. "Seine Helligkeit und Nähe machen ihn zu einem idealen Kandidaten für zukünftige Teleskope, deren Mission darin besteht, die Atmosphäre von Exoplaneten direkt zu beobachten."
Das Interesse an dem Planeten HD 20794 d liegt in seiner Position in der habitablen Zone seines Sterns, einer Zone, die den Bereich abgrenzt, in dem flüssiges Wasser existieren kann, eine der notwendigen Bedingungen für die Entwicklung von Leben, wie wir es kennen. Diese Zone hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere vom Typ des Sterns.
Bei Sternen wie der Sonne oder HD 20794 kann sie sich von 0,7 bis 1,5 astronomischen Einheiten (AE) erstrecken und umfasst somit neben der Umlaufbahn der Erde auch die des Planeten Mars im Fall der Sonne. Der Exoplanet HD 20794 d benötigt 647 Tage, um seinen Stern zu umkreisen, also etwa vierzig Tage weniger als Mars.
Anstatt einer relativ kreisförmigen Umlaufbahn zu folgen, wie die Erde oder Mars, folgt HD 20794 d einer elliptischen Bahn mit großen Veränderungen in der Entfernung zu seinem Stern während seines Umlaufs. Der Planet befindet sich somit an der inneren Grenze der habitablen Zone, wenn er seinem Stern am nächsten ist (bei 0,75 AE), und außerhalb der Zone, wenn er am weitesten von seinem Stern entfernt ist (bei 2 AE).
Diese Konfiguration ist besonders interessant für Astronomen, da sie es ermöglicht, theoretische Modelle anzupassen und ihr Verständnis des Konzepts der Bewohnbarkeit eines Planeten zu testen. Wenn es auf HD 20794 d Wasser gibt, würde es während des Umlaufs des Planeten um den Stern vom Eis- in den flüssigen Zustand übergehen, was die Entstehung von Leben begünstigen könnte.
Viele Jahre der Beobachtung
Die Entdeckung dieser Super-Erde war nicht einfach und der Prozess war iterativ. Das Team analysierte mehr als zwanzig Jahre Daten von führenden Instrumenten wie ESPRESSO und HARPS. Für letzteres konnten sich die Wissenschaftler auf YARARA verlassen, einen kürzlich an der UNIGE entwickelten Algorithmus zur Datenreduktion.
Jahrelang waren die planetaren Signale im Rauschen untergegangen, was es schwierig machte, festzustellen, ob die Planeten tatsächlich existierten. "Wir haben jahrelang an der Datenanalyse gearbeitet und sorgfältig Kontaminationsquellen entfernt", erklärt Michael Cretignier, Postdoktorand an der Universität Oxford, Mitautor der Studie und Entwickler von YARARA während seiner Promotion an der UNIGE.
Die Entdeckung von HD 20794 d bietet Wissenschaftlern ein interessantes Labor, um neue Hypothesen in ihrer Suche nach Leben im Universum zu modellieren und zu testen. Die Nähe dieses Planetensystems und seines hellen Sterns macht es auch zu einem bevorzugten Ziel für Instrumente der nächsten Generation wie den Spektrographen ANDES für das Extremely Large Telescope (ELT) der ESO.
Die Frage, ob dieser Planet Leben beherbergt, erfordert noch viele wissenschaftliche Meilensteine und einen transdisziplinären Ansatz. Seine Bewohnbarkeitsbedingungen werden bereits vom neuen Zentrum für Leben im Universum (CVU) der Fakultät für Naturwissenschaften der UNIGE untersucht.