Astronomie : Ein Himmel voller Erden

In der Milchstraße gibt mehr erdähnliche Planeten als vermutet – und sie sind wohl auch früher entstanden. Viele bieten trotzdem keine idealen Bedingungen für außerirdisches Leben.

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Extreme Bedingungen. Dass nicht jeder Exoplanet eine potenzielle Heimat für Außerirdische ist, zeigt HD 189733b (hier die Darstellung eines Künstlers). 2011 beobachteten Astronomen auf seinem Stern einen massiven Ausbruch von Röntgenstrahlung. Dabei verdampfte vermutlich die Atmosphäre des Planeten.
Extreme Bedingungen. Dass nicht jeder Exoplanet eine potenzielle Heimat für Außerirdische ist, zeigt HD 189733b (hier die...Foto: dpa

„Früher haben wir gedacht, die Erde sei einzigartig in der Milchstraße“, sagt der Astronom Daniel Kubas. „Doch es scheint Milliarden von Planeten mit einer Masse ähnlich der unserer Erde zu geben, die Sterne in der Galaxis umkreisen.“ Die Entwicklung ist rasant: Erst vor 16 Jahren wurde der erste Planet bei einem sonnenähnlichen Stern entdeckt. Inzwischen haben die Himmelsforscher fast 800 „Exoplaneten“ aufgespürt. Wöchentlich kommen neue hinzu. Die statistische Analyse des Lichts ferner Sterne zeigt: Der Himmel ist voller Erden.

Sobald sich ein Himmelskörper zwischen einen Stern und die Erde schiebt, kommt etwas weniger Licht bei uns an. Für Astronomen ist das abgeschwächte Licht ein Hinweis, dass sich ein ferner Planet in die Sichtachse geschoben hat.

Kubas und seine Kollegen vom Institut d’Astrophysique de Paris haben sechs Jahre lang die Helligkeit mehrerer Millionen Sterne überwacht, um die Verteilung von Planeten zu ermitteln. Das Ergebnis: Im Durchschnitt besitzt jeder Stern in der Milchstraße mindestens einen Planeten. 62 Prozent der Sterne werden von einer „Super-Erde“ mit der fünf- bis zehnfachen Masse der Erde umkreist, 52 Prozent von einem kühlen, neptunähnlichen Planeten mit der 10- bis 30-fachen Erdmasse und 17 Prozent von einem großen, jupiterähnlichen Planeten. Kleinere Planeten kommen also entgegen früheren Vermutungen deutlich häufiger vor als große. Und die Daten sprechen nach Ansicht von Kubas dafür, dass erdähnliche Planeten – die unterhalb der Nachweisgrenze des verwendeten Verfahrens lagen – noch häufiger sind als Super-Erden.

Auf eine große Zahl von Planeten mit der ein- bis zehnfachen Masse der Erde stießen auch Astronomen der Europäischen Südsternwarte Eso. Die Wissenschaftler hatten bei 102 roten Zwergsternen nach Planeten gesucht und die Ergebnisse auf die Milchstraße hochgerechnet. Demnach umkreisen etwa 60 Milliarden Super-Erden rote Zwerge innerhalb der lebensfreundlichen Zone. In dieser Zone herrschen auf einem Planeten Oberflächentemperaturen, die die Existenz von flüssigem Wasser erlauben – was als Voraussetzung für Leben gilt, wie wir es auf der Erde kennen.

Projektleiter Xavier Bonfils betont allerdings, dass die Existenz von erdähnlichen Planeten in der lebensfreundlichen Zone nicht automatisch die Existenz von Leben bedeute: Da die Zwergsterne viel schwächer leuchten als die Sonne, liege diese Zone entsprechend näher an dem Stern. Das führt dazu, dass die Planeten eine gebundene Rotation zeigen, dem Stern also stets die gleiche Seite zuwenden: diese wird unangenehm heiß, während die andere kalt bleibt – eine eher ungünstige Situation für die Entstehung von Leben. Zudem zeigen rote Zwerge häufig starke Strahlungsausbrüche, die die Planeten starker lebensfeindlicher UV- und Röntgenstrahlung aussetzen.

Ebenso wie die Beobachtungen von Kubas’ Team zeigt die Arbeit der Eso-Astronomen, dass gerade auch kleine Planeten nicht die Ausnahme sind, sondern die Norm. Durch ihre kürzeren Umlaufzeiten lassen sich Planeten in der lebensfreundlichen Zone bei roten Zwergen schneller nachweisen als bei größeren Sternen. Gut möglich, dass sich dieser Trend bei weiteren Beobachtungen zu den sonnenähnlichen Sternen fortsetzt.

Das lassen auch jüngst im Fachblatt „Nature“ von Lars Buchhave vom Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen und seinen Kollegen veröffentlichte Beobachtungen vermuten. Die Forscher hatten 152 Planetensysteme mit insgesamt 226 Begleitern mit Durchmessern bis zum Vierfachen der Erde untersucht. Dabei zeigte sich, dass kleinere Planeten wie unsere Erde auch bei Sternen vorhanden sind, die einen deutlich kleineren Anteil an schweren Elementen enthalten als unsere Sonne. Ein überraschendes Ergebnis, das wiederum im Gegensatz zu den bisherigen Erwartungen der Astronomen steht.

„Die Häufigkeit der chemischen Elemente in der äußeren Atmosphäre von Sternen ähnlich unserer Sonne liefert uns eine Art Aufzeichnung der Zusammensetzung der ursprünglichen protoplanetarischen Scheibe“, erläutert Buchhave. In einer solchen rotierenden Scheibe entstehen durch die langsame Verdichtung der Materie die Himmelskörper um einen Stern. Frühere Analysen hatten ein erwartetes Ergebnis gezeigt: Je mehr schwere Elemente in der Atmosphäre eines Sterns vorhanden sind, desto mehr große Planeten gibt es bei ihm. Bislang war jedoch unklar, ob dieser Zusammenhang auch für kleine, erdähnliche Planeten gilt.

Das tut er nicht, wie die Analyse von Buchhave und seinen Kollegen nun beweist. Im Mittel besitzen die Sterne zwar die gleiche Häufigkeit an schweren Elementen wie unsere Sonne, kleinere Planeten gibt es aber auch noch bei Sternen mit bis zu einem Viertel dieser Häufigkeit. Das bedeutet, dass solche felsigen Planeten nicht nur häufiger vorkommen könnten, sondern auch früher in der kosmischen Geschichte entstehen konnten als bislang angenommen.

Die für die Planetenbildung notwendigen Elemente sind nicht bereits beim Urknall entstanden, sondern erst im Laufe der Zeit durch Kernfusion in Sternen. Der Anteil solcher Stoffe ist also im Verlauf der kosmischen Geschichte immer weiter angestiegen. Die Beobachtungen von Buchhave und seinem Team zeigen, dass es möglicherweise schon wenige Milliarden Jahre nach dem Urknall felsige Planeten und damit vielleicht auch Leben im Kosmos gegeben haben könnte.

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