Es ist ein absoluter Wow-Augenblick: Astronomen haben Anzeichen für einen Exoplaneten entdeckt, der um einen Stern kreist, der sich außerhalb unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, befindet. Der Exoplanet könnte die Größe des Planeten Saturn besitzen.
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Ich bin gerade auf Twitter über den nachfolgenden Tweet der NASA auf den Fund aufmerksam geworden. Die Entdeckung gelang mit dem Chandrad Röntgenteleskop.
Auf dieser Seite verrät die NASA mehr Details und schreibt: Möglicherweise wurden zum ersten Mal Anzeichen für einen Planeten entdeckt, der einen Stern außerhalb der Milchstraße umkreist. Dieses faszinierende Ergebnis wurde mit Hilfe des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA erzielt. Dieses kreist seit 1999 im Weltraum und eröffnet mit diesem Fund ein neues Fenster für die Suche nach Exoplaneten in größerer Entfernung als je zuvor. Der helle Stern im Spiralarm, den ich in obigem Bild mit einem roten Pfeil markiert habe, ist der Bereich, wo der Planet möglicherweise zu finden ist.
Exoplaneten kreisen um ferne Sonnen
Exoplaneten sind Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, die fremde Sterne umkreisen. Bisher haben Astronomen alle anderen bekannten Exoplaneten und Exoplaneten-Kandidaten in unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, gefunden. Diese Exoplaneten sind fast alle weniger als etwa 3.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Neuer Kandidat in Messier 51
Der mögliche Kandidat eines Exoplaneten befindet sich in der Spiralgalaxie Messier 51 (M51), die aufgrund ihres charakteristischen Profils auch als Whirlpool-Galaxie bezeichnet wird. Ein Exoplanet in M51 wäre etwa 28 Millionen Lichtjahre entfernt, d. h. er wäre Tausende Male weiter entfernt als die Exoplaneten in der Milchstraße.
"Wir versuchen, ein ganz neues Feld für die Suche nach anderen Welten zu erschließen, indem wir bei Röntgenwellenlängen nach Planetenkandidaten suchen, eine Strategie, die es ermöglicht, sie in anderen Galaxien zu entdecken", sagte Rosanne Di Stefano vom Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian (CfA) in Cambridge, Massachusett. Di Stefano leitet die Studie, die gerade in Nature Astronomy veröffentlicht wurde.
Transitmethode im Röntgenstrahlenbereich
Dieses neue Ergebnis basiert auf Transits, d. h. Ereignissen, bei denen der Vorbeizug eines Planeten vor einem Stern einen Teil des Sternenlichts blockiert und eine charakteristische Delle erzeugt. Astronomen, die sowohl bodengestützte als auch weltraumgestützte Teleskope – wie die der NASA-Missionen Kepler und TESS – einsetzen, haben bisher nach Einbrüchen im optischen Licht, der für den Menschen sichtbaren elektromagnetischen Strahlung, gesucht und dabei Tausende von Planeten entdeckt.
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Di Stefano und Kollegen haben stattdessen nach Einbrüchen in der Helligkeit der Röntgenstrahlung gesucht, die von röntgenhellen Doppelsternen empfangen wird. Diese leuchtenden Systeme enthalten typischerweise einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch, das Gas von einem eng umkreisenden Begleitstern anzieht. Das Material in der Nähe des Neutronensterns oder des Schwarzen Lochs wird überhitzt und leuchtet im Röntgenlicht.
Da der Bereich, der die helle Röntgenstrahlung erzeugt, klein ist, könnte ein Planet, der vor ihm vorbeizieht, den größten Teil oder die gesamte Röntgenstrahlung blockieren, so dass der Transit leichter zu erkennen ist, da die Röntgenstrahlung vollständig verschwinden kann. Auf diese Weise könnten Exoplaneten in viel größeren Entfernungen entdeckt werden als bei den derzeitigen optischen Lichttransitstudien, die in der Lage sein müssen, winzige Lichtabnahmen zu erkennen, weil der Planet nur einen winzigen Teil des Sterns blockiert.
Mit dieser Methode entdeckte das Team den Exoplaneten-Kandidaten in einem Doppelsternsystem namens M51-ULS-1, das sich in M51 befindet. Dieses Doppelsternsystem enthält ein schwarzes Loch oder einen Neutronenstern, der einen Begleitstern umkreist, dessen Masse etwa 20 Mal so groß ist wie die der Sonne. Der mit Hilfe von Chandra-Daten gefundene Röntgentransit dauerte etwa drei Stunden, in denen die Röntgenemission auf Null zurückging. Auf der Grundlage dieser und anderer Informationen schätzen die Forscher, dass der Exoplanetenkandidat in M51-ULS-1 etwa die Größe des Saturns hat und den Neutronenstern oder das Schwarze Loch in etwa der doppelten Entfernung des Saturns von der Sonne umkreist.
Daten nicht sicher zu interpretieren
Dies ist zwar eine verlockende Studie, doch wären mehr Daten erforderlich, um die Interpretation als extragalaktischer Exoplanet zu überprüfen. Eine Herausforderung besteht darin, dass der Planetenkandidat aufgrund seiner großen Umlaufbahn erst in etwa 70 Jahren wieder vor seinem binären Partner kreuzen würde, was jegliche Versuche einer bestätigenden Beobachtung für Jahrzehnte vereiteln würde.
"Um zu bestätigen, dass wir einen Planeten sehen, müssten wir wahrscheinlich Jahrzehnte warten, bis wir einen weiteren Transit beobachten können", sagt Mitautorin Nia Imara von der University of California in Santa Cruz. "Und wegen der Ungewissheit darüber, wie lange der Planet für seine Umlaufbahn braucht, wüssten wir nicht genau, wann wir nachsehen sollten."
Könnte die Verdunkelung durch eine Gas- und Staubwolke verursacht worden sein, die vor der Röntgenquelle vorbeizieht? Die Forscher halten dies für eine unwahrscheinliche Erklärung, da die Merkmale des in M51-ULS-1 beobachteten Ereignisses nicht mit dem Durchgang einer solchen Wolke übereinstimmen. Das Modell eines Planetenkandidaten ist jedoch mit den Daten vereinbar.
"Wir wissen, dass wir eine aufregende und kühne Behauptung aufstellen, und wir erwarten, dass andere Astronomen sie sehr sorgfältig prüfen werden", sagte Mitautorin Julia Berndtsson von der Princeton University in New Jersey. "Wir glauben, dass wir ein starkes Argument haben, und das ist die Art und Weise, wie Wissenschaft funktioniert.
Wenn ein Planet in diesem System existiert, hatte er wahrscheinlich eine turbulente Geschichte und eine gewalttätige Vergangenheit. Ein Exoplanet in diesem System hätte eine Supernova-Explosion überleben müssen, die den Neutronenstern oder das Schwarze Loch entstehen ließ. Auch die Zukunft könnte gefährlich sein. Irgendwann könnte der Begleitstern ebenfalls als Supernova explodieren und den Planeten erneut mit extrem hoher Strahlung ausstoßen.
Di Stefano und ihre Kollegen suchten in drei Galaxien jenseits der Milchstraße nach Röntgentransits, wobei sie sowohl Chandra als auch das XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation verwendeten. Ihre Suche umfasste 55 Systeme in M51, 64 Systeme in Messier 101 (der "Pinwheel"-Galaxie) und 119 Systeme in Messier 104 (der "Sombrero"-Galaxie) und führte zu dem hier beschriebenen Exoplaneten-Kandidaten.
Die Autoren werden die Archive sowohl von Chandra als auch von XMM-Newton nach weiteren Exoplaneten-Kandidaten in anderen Galaxien durchsuchen. Für mindestens 20 Galaxien stehen umfangreiche Chandra-Datensätze zur Verfügung, darunter einige wie M31 und M33, die viel näher sind als M51, so dass auch kürzere Transits nachgewiesen werden können. Ein weiterer interessanter Forschungszweig ist die Suche nach Röntgentransits in Röntgenquellen der Milchstraße, um neue nahe Planeten in ungewöhnlichen Umgebungen zu entdecken.
Die anderen Autoren dieses Nature Astronomy-Artikels sind Ryan Urquhart (Michigan State University), Roberto Soria (Universität der Chinesischen Wissenschaftsakademie), Vinay Kashap (CfA) und Theron Carmichael (CfA). Das Marshall Space Flight Center der NASA leitet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center des Smithsonian Astrophysical Observatory steuert die wissenschaftliche Arbeit von Cambridge, Massachusetts aus und den Flugbetrieb von Burlington, Massachusetts aus.
Ergänzung: Bei heise gibt es nun diesen deutschsprachigen Artikel mit einigen zusätzlichen Informationen.
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