25.02.2021

Neue Technik zur Planetenjagd

Auch kleinere Planeten lassen sich mit kombinierter Methode direkt abbilden.

Bei der Suche nach Planeten, auf denen Leben existieren könnte, ist einem inter­nationalen Forscher­team mit ETH-Beteiligung ein entscheidender Schritt gelungen. Die Wissenschaftler fanden beim Sternen­system Alpha Centauri, das nur 4,3 Lichtjahre von uns entfernt ist, Hinweise auf einen Neptun-großen Planeten, der sich in einem Gebiet befindet, in dem die Voraus­setzungen für Leben erfüllt sein könnten. Dabei gelang es den Forschern, Mess­daten mit einer bisher unerreichten Empfindlichkeit zu erheben und damit auch sehr schwache Signale zu registrieren.
 

Abb.: Alpha Centauri A (links) und Alpha Centauri B. Das Sternen­paar befindet...
Abb.: Alpha Centauri A (links) und Alpha Centauri B. Das Sternen­paar befindet sich im Stern­bild Zentaur und ist nur 4,3 Lichtjahre von uns entfernt. Die Sterne umkreisen sich alle achtzig Jahre. (Bild: NASA / ESA / Hubble)

Mit dem neuen Verfahren rückt ein Hauptziel der Exoplaneten-Forschung näher: Das Aufspüren von erdähnlichen Planeten, auf denen Leben existieren könnte. Wenn es gelingt, Planeten direkt abzubilden, erhält man Informationen über die Zusammensetzung ihrer Atmosphäre und findet möglicherweise sogar Anzeichen von Leben. Allerdings hat man mit direkten Messungen bisher haupt­sächlich Exoplaneten gefunden, die deutlich heller sind als erdähnliche Planeten. Sie sind größer als Jupiter und kreisen auf weiten Umlaufbahnen um sehr junge Sterne. Diese Planeten befinden sich also außerhalb des bewohnbaren Gebietes, in dem es flüssiges Wasser geben kann.

Dass die Suche nach erdähnlichen Planeten bisher erfolglos blieb, liegt zum Teil daran, dass man im nahen Infrarotbereich nach ihnen gesucht hat. Erdähnliche Planeten, auf denen es Wasser geben könnte, leuchten jedoch im mittleren Infrarot­bereich am stärksten. Doch just dort sind Messungen mit normalen Teleskopen schwierig, weil die Erde und ihre Atmosphäre eben auch in diesem Wellenbereich am stärksten leuchten. Die schwachen Lichtsignale der Exoplaneten werden in diesem Bereich also von einem besonders starken Hintergrund­signal übertönt.

In der neuen Studie gelang es den Forschern nun, diese Schwierigkeit zu überwinden und Messungen im mittleren Infrarotbereich durchzuführen. Sie haben dazu mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile das Umfeld der beiden Sterne Alpha Centauri A und B im Laufe eines Monats während insgesamt fast 100 Stunden ins Visier genommen. „Dass wir das Teleskop für eine derart lange Messzeit auf den gleichen Stern richten konnten, ist sehr außergewöhnlich“, erklärt Anna Boehle, Post­doktorandin in der Gruppe von ETH-Professor Sascha Quanz. Als Zweitautorin der Studie war sie an der Auswertung der Daten maßgeblich beteiligt. „Wir haben insgesamt mehr als fünf Millionen Bilder ausgewertet“, hält die Forscherin fest.

Um die schwachen Signale von potenziellen Planeten erkennen zu können, haben die Forschern nicht nur eine große Daten­menge verarbeitet, sondern auch zwei raffinierte Mess­techniken eingesetzt: Zum einen haben sie einen neuen adaptiven Sekundär­teleskop­spiegel verwendet, der die Verzerrung des Lichts durch die Erd­atmosphäre korrigiert; zum anderen blockierten sie mit einem Korono­grafen in sehr kurzen Abständen abwechselnd das Licht des einen Sterns. Damit konnten sie das Signal­rauschen weiter reduzieren und gleichzeitig das Umfeld beider Sterne untersuchen. 

„Unsere Ergebnisse zeigen nun, dass wir mit diesem Vorgehen prinzipiell in der Lage sind, kleinere Gesteins­planeten zu entdecken, auf denen es Leben geben könnte“, erklärt Boehle. „Das ist eine markante Verbesserung zu den bisherigen Beobachtungs­methoden.“ Tatsächlich haben die Wissenschaftler in ihren Daten ein Lichtsignal entdeckt, das von einem Neptun-großen Planeten stammen könnte. „Ob dieses Signal tatsächlich von einem Planeten stammt, müssen wir nun mit weiteren Studien verifizieren“, sagt die Astro­physikerin. „Dazu möchten wir die Infrarot­messungen mit anderen Messmethoden kombinieren.“

ETHZ / DE
 

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