Exoplaneten, also Planeten, die um Sterne außerhalb unseres Sonnensystems kreisen, spielen bei der Suche nach außerirdischem Leben eine besondere Rolle. Bisher sind etwas mehr als 4.000 bekannt, für menschliches oder menschenähnliches Leben wirklich geeignet war aber noch keiner. Rund 96 Prozent dieser Exoplaneten sind deutlich größer als unsere Erde und ähneln mehr Gasriesen in der Größe von Neptun oder Jupiter. Wissenschaftler gehen jedoch davon aus, dass dieser Prozentsatz nicht die wirklichen Verhältnisse im Weltall widerspiegelt, da große Planeten viel einfacher zu entdecken sind als kleine.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS), der Georg-August-Universität Göttingen und der Sternwarte Sonneberg haben nun 18 Exoplaneten aufgespürt, die nur etwa so groß sind wie die Erde – in kosmischen Dimensionen gesehen also ziemlich klein. Aus diesem Grund wurden sie bei bisherigen Suchen nach weiteren Exoplaneten auch übersehen.

Erde

© NASA/JPL

Erdähnlicher Planet mit lebensfreundlichen Bedingungen

Einer der nun entdeckten Exoplaneten zählt sogar zu den kleinsten bisher bekannten, sein Radius misst nur 69 Prozent des Erdradius. Der Radius des größten ist kaum doppelt so groß wie der der Erde. Und es gibt neben der Tatsache, dass alle 18 Planeten anhand der Daten des Weltraumteleskops Kepler bisher nicht ausfindig gemacht werden konnten, eine weitere Besonderheit: Ein Planet könnte sogar lebensfreundliche Bedingungen aufweisen.

Die jüngste Entdeckung gelang den Forschern dank einer neuen, von ihnen selbst entwickelten empfindlicheren Methode, mit der sie einen Teil der Daten des NASA-Weltraumteleskops Kepler erneut ausgewertet haben. Nach dem vorläufigen Abschluss der Auswertungen rechnet die Gruppe damit, dass sich auf diese Weise noch mehr als 100 zusätzliche Exoplaneten im gesamten Datenschatz der Kepler-Mission ausfindig machen lassen müssten.

Bisher nutzten Astronomen bei ihrer Suche nach fernen Welten die so genannte Transit-Methode. Dabei durchforsten sie Sterne gezielt nach periodisch wiederkehrenden Helligkeitsabfällen, denn jedes Mal, wenn ein Exoplanet auf seiner Umlaufbahn von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorüberzieht, verdunkelt er ihn leicht. Das hat zur Folge, dass der Stern ein paar Stunden lang weniger hell erscheint.

Traditionelle Transit-Methode zu ungenau

„Bisherige Such-Algorithmen versuchen, sprunghafte Helligkeitsabfälle zu identifizieren“, erklärt Dr. René Heller vom MPS, der Erstautor der aktuellen Studien. „In Wirklichkeit erscheinen Sterne am Rand etwas dunkler als in der Mitte. Wenn ein Planet vor einem Stern entlang zieht, blockiert er anfangs weniger Sternlicht. Erst zur Mitte des Transits erscheint der Stern am dunkelsten. Danach wird er wieder graduell heller.“

Exoplanet

Ist der Orbit eines extrasolaren Planeten so ausgerichtet, dass er von der Erde aus gesehen vor seinem Stern entlangzieht, so verdunkelt der Planet den Stern auf charakteristische Weise. © NASA/SDO (Sonne), MPS/René Heller

Bei großen Planeten ist die Verdunklung ihres Sterns so stark, dass dieser feine Unterschied bei ihrer Entdeckung nur eine untergeordnete Rolle spielt. Ganz anders sieht das jedoch bei kleinen Planeten aus. Bei ihnen ist der Helligkeitsabfall oft so minimal, dass er in den natürlichen Helligkeitsschwankungen des Sterns und im Rauschen des Messinstrumentes kaum auffällt.

Das deutsche Team ging nun aber von einem realistischeren Helligkeitsverlauf aus und konnte so zeigen, dass sich die Empfindlichkeit der Transit-Methode unter dieser Annahme entscheidend verbessern lässt. Als Testobjekt nahmen die Forscher Daten des NASA-Weltraumteleskops Kepler. Das Teleskop hatte in der ersten Missionsphase von 2009 bis 2013 den Helligkeitsverlauf von mehr als 100.000 Sternen aufgezeichnet und auf diese Weise mehr als 2.300 Planeten entdeckt. Bis zum Missionsende 2018 kamen, trotz eines technischen Defekts an Kepler, noch einmal mehr als 100.000 weitere Sterne hinzu.

Um das Potential ihres neuen Algorithmus zu testen, hätten sie sich in einem ersten Schritt den „überschaubareren Daten der zweiten Missionsphase zugewendet“, erklären die Forscher. Dazu untersuchten sie alle 517 Sterne erneut, von denen bereits bekannt war, dass sie mindestens einen planetaren Begleiter haben. Dabei fanden sie 18 weitere Planeten, die bisher übersehen worden waren.

Maßgeblicher Fortschritt für die Suche nach erdähnlichen Planeten

„In den meisten der von uns untersuchten Planetensystemen sind die jetzt gefundenen Planeten die kleinsten“, beschreibt Co-Autor Kai Rodenbeck von der Universität Göttingen und vom MPS die Ergebnisse. Diese würden außerdem fast immer weiter innen um ihren Stern kreisen als jene Planten, die bereits bekannt waren. Aufgrund dieser engeren Umlaufbahn liegen die Oberflächentemperaturen bei fast allen diesen neuen Planeten weit über 100 Grad Celsius; bei einigen sind es sogar bis zu 1.000 Grad Celsius.

Aber es gibt eine Ausnahme: Ein Planet, EPIC 201238110.02, kreist innerhalb der so genannten habitablen Zone um einen roten Zwergstern und es könnten somit durchaus Bedingungen herrschen, unter denen flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche vorkommen könnte – eine der Grundbedingungen für Leben. „Unser neuer Algorithmus trägt dazu bei, ein realistischeres Bild von der Exoplaneten-Population im Weltall zu gewinnen“, bilanziert Michael Hippke von der Sternwarte Sonneberg. „Vor allem für die Suche nach erdähnlichen Planeten bedeutet unsere neue Methode einen maßgeblichen Fortschritt.“

Exoplanet

Fast alle bisher bekannten Exoplaneten sind größer als die Erde und typischerweise so groß wie der Gasplanet Neptun. Alle 18 neu entdeckten Planeten (hier orange und grün) hingegen sind deutlich kleiner als Neptun, drei von ihnen sogar kleiner als die Erde und zwei weitere genau so groß wie die Erde. © NASA/JPL (Neptun), NASA/NOAA/GSFC/Suomi NPP/VIIRS/Norman Kuring (Erde), MPS/René Heller

Obwohl sie mit dieser neuen Methode die 18 bisher unbekannten Planeten entdeckt haben, wollen die Forscher nicht ausschließen, dass sie mit ihrer Methode immer noch einzelne Planeten übersehen haben könnten. So könnte es beispielsweise weitere kleine Planeten geben, die in großem Abstand um ihren Stern kreisen und daher für einen Umlauf länger brauchen als solche Planeten, die ihren Stern eng umrunden. Daher würden sie ihren Stern auch in größeren Zeitabständen verdunkeln und ihr ohnehin schwaches Signal sei so noch schwieriger auszumachen.

Die neue Methode der Wissenschaftler um René Heller könnte in nächster Zeit noch die eine oder andere faszinierende Entdeckung ermöglichen, denn die Kepler-Mission bietet noch Datensätze von hunderttausenden weiteren Sternen. Daher gehen die Wissenschaftler auch davon aus, dass sie noch mehr als 100 weitere erdgroße Welten finden können. „Auch für die künftige PLATO-Mission der ESA ist diese neue Methode wertvoll“, betont Prof. Dr. Laurent Gizon, Geschäftsführender Direktor des MPS. PLATO soll 2026 ins All starten und dann zahlreiche Exoplaneten-Systeme um sonnenähnliche Sterne finden und näher charakterisieren.

Die Ergebnisse der Studien wurden in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

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