Untersuchungen zu 15 M-Sternen liefern neue Erkenntnisse zum Vorkommen von Exoplaneten

Massearme Sterne beherbergen besonders häufig erdähnliche Planeten. Das zeigen aktuelle Forschungen unter Federführung von Astronomen der Universität Heidelberg. Grundlage bildeten Daten, die im Rahmen des CARMENES-Projekts gesammelt wurden. Einem internationalen Forschungsteam ist es gelungen, mit der Datenauswertung vier neue Exoplaneten zu identifizieren und ihre Eigenschaften zu bestimmen. Zugleich konnten sie zeigen, dass erdähnliche Planeten besonders häufig im Orbit von Sternen zu finden sind, die weniger als ein Sechstel der Masse unserer Sonne besitzen. Diese Erkenntnis könnte die Suche nach potenziell lebensfreundlichen Welten in unserer kosmischen Nachbarschaft unterstützen.

Das Spektrographen-System CARMENES am Calar-Alto-Observatorium bei Almería (Spanien) wurde an der Landessternwarte Königstuhl der Universität Heidelberg entwickelt und gebaut. Damit suchen Astronominnen und Astronomen nach Exoplaneten, die um sogenannte M-Zwerge kreisen. Dies sind Sterne mit einer Masse, die weniger als ein Zehntel bis zu etwa der Hälfte der Masse unserer Sonne beträgt. M-Zwerge sind die am häufigsten vorkommenden Sterne in unserer Galaxie. Sie weisen kleinste periodische Bewegungen auf, die durch die Gravitationsanziehung umlaufender Planeten verursacht werden. Daraus können Wissenschaftler Aufschluss über die Existenz von bislang unentdeckten Welten ziehen.

Für die aktuellen Untersuchungen wählten die Forscherinnen und Forscher 15 Sterne aus einem Katalog von insgesamt 2.200 M-Zwergen des CARMENES-Programms aus und werteten ihre Radialgeschwindigkeitsdaten aus. Diese Geschwindigkeit eines Sterns kann präzise gemessen werden, indem ein hochaufgelöstes Spektrum aufgenommen und die Spektrallinien analysiert werden. Die Wissenschaftler entdeckten anhand der Daten vier neue Planeten; der größte dieser Exoplaneten weist die mehr als 14-fache Masse unserer Erde auf und umrundet seinen Mutterstern in rund 3,3 Jahren. Die anderen drei Planeten haben zwischen 1,03 und 1,52 Erdmassen und Umlaufzeiten von 1,43 bis 5,45 Tagen.

Statistische Analysen zeigen, dass Sterne mit weniger als 0,16 Sonnenmassen im Durchschnitt etwa zwei Planeten mit weniger als drei Erdmassen besitzen. „Es ist wirklich absolut bemerkenswert, wie häufig kleine Planeten bei sehr massearmen Sternen vorkommen“, betont Studienleiter Dr. Adrian Kaminski von der Landessternwarte Königstuhl, die zum Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg gehört. Größere Planeten sind hingegen seltener. „Das deutet darauf hin, dass massearme Sterne vor allem kleinere Planeten in engen Umlaufbahnen bilden“, so der Heidelberger Astronom.

Unter den rund 5.000 Planeten, die bislang in anderen Sonnensystemen entdeckt wurden, kann keiner als echter „Zwilling“ der Erde in Bezug auf Masse, Radius, Oberflächentemperatur und Typ des Muttersterns gelten. Die neu entdeckten Planeten genügen jedoch zumindest den ersten drei Kriterien, wie Prof. Dr. Andreas Quirrenbach, Direktor der Landessternwarte Königstuhl, hervorhebt. „Potenzielle Kandidaten für bewohnbare Welten sind kleine, felsige Planeten in der sogenannten habitablen Zone, dem Bereich um einen Stern, in dem Wasser flüssig existieren könnte. Da M-Zwerge sehr häufig vorkommen und ihre Energie über Milliarden Jahre konstant in den Weltraum abstrahlen, könnten sie stabile Umgebungen für die Entwicklung von Leben bieten,“ so der Astronom und Experte für die Suche nach Exoplaneten. Diese Erkenntnis liefert Hinweise darauf, wo die Suche nach lebensfreundlichen Planeten besonders erfolgversprechend sein könnte.

An den Forschungsarbeiten beteiligt waren neben den Astronomen der Universität Heidelberg Forscherinnen und Forscher aus Bulgarien, Deutschland, Indien, Norwegen, Spanien und den USA. Gefördert wurden die Arbeiten unter anderem vom spanischen Wissenschaftsministerium, von der Europäischen Union, dem Bulgarischen Nationalen Wissenschaftsfonds und der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Die Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.