„Wenn Sie zu den Tausenden von Sternen am Nachthimmel aufblicken, ist der nächste sonnenähnliche Stern mit einem erdgroßen Planeten in seiner bewohnbaren Zone wahrscheinlich nur 12 Lichtjahre entfernt und kann mit bloßen Augen gesehen werden Auge. ”- Erik Petigura
Wissenschaftler der University of California, Berkeley, und der University of Hawaii, Manoa, haben statistisch festgestellt, dass zwanzig Prozent der sonnenähnlichen Sterne in unserer Galaxie erdgroße Planeten haben, auf denen Leben leben könnte. Die Ergebnisse, die aus Daten des Kepler-Raumfahrzeugs der NASA und des W. M. Keck-Observatoriums gewonnen wurden, erfüllen nun Keplers Hauptaufgabe: zu bestimmen, wie viele der 100 Milliarden Sterne in unserer Galaxie potenziell bewohnbare Planeten haben. Die Ergebnisse werden am 4. November in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht.
Künstlervertretung der „bewohnbaren Zone“, der Umlaufbahn, in der flüssiges Wasser auf der Oberfläche eines Planeten zugelassen ist. KREDIT: PETIGURA / UC BERKELEY, HOWARD / UH-MANOA, MARCY / UC BERKELEY
„Wenn Sie zu den Tausenden von Sternen am Nachthimmel aufblicken, ist der nächste sonnenähnliche Stern mit einem erdgroßen Planeten in seiner bewohnbaren Zone wahrscheinlich nur 12 Lichtjahre entfernt und kann mit bloßen Augen gesehen werden Auge. Das ist erstaunlich “, sagte Erik Petigura, Absolvent der UC Berkeley, der die Analyse der Daten der Kepler- und Keck-Sternwarte leitete.
„Für die NASA ist diese Zahl - dass jeder fünfte Stern einen Planeten hat, der der Erde ähnelt - wirklich wichtig, da die Nachfolge-Missionen von Kepler versuchen werden, ein tatsächliches Bild eines Planeten zu machen, und die Größe des Teleskops, das sie bauen müssen, hängt davon ab Wie nahe die nächsten erdgroßen Planeten sind “, sagte Andrew Howard, Astronom am Institut für Astronomie der Universität von Hawaii. "Eine Fülle von Planeten, die nahegelegene Sterne umkreisen, vereinfacht solche Folgemissionen."
Erdgröße bedeutet möglicherweise nicht bewohnbar
Das Team, zu dem auch der Planetenjäger Geoffrey Marcy, Professor für Astronomie an der University of California in Berkeley, gehörte, warnte davor, dass erdgroße Planeten in erdgroßen Umlaufbahnen nicht unbedingt lebensfreundlich sind, selbst wenn sie in der bewohnbaren Zone eines Sterns kreisen, in der die Temperatur herrscht nicht zu heiß und nicht zu kalt.
„Einige haben möglicherweise dicke Atmosphären, wodurch es an der Oberfläche so heiß wird, dass DNA-ähnliche Moleküle nicht überleben würden. Andere haben möglicherweise felsige Oberflächen, auf denen sich flüssiges Wasser befindet, das für lebende Organismen geeignet ist “, sagte Marcy. "Wir wissen nicht, welche Arten von Planeten und ihre Umgebung für das Leben geeignet sind."
Erst letzte Woche gaben Howard, Marcy und ihre Kollegen die Hoffnung, dass viele solcher Planeten tatsächlich felsig sind. Sie berichteten, dass ein erdgroßer Planet entdeckt wurde - obwohl ein Planet mit einer wahrscheinlichen Temperatur von 2.000 Kelvin, der viel zu heiß für das Leben ist, wie wir es kennen -, die gleiche Dichte wie die Erde hat und höchstwahrscheinlich aus Gestein und Eisen besteht Erde.
Die Analyse von vier Jahren Präzisionsmessungen von Kepler zeigt, dass 22 ± 8% der sonnenähnlichen Sterne erdgroße Planeten in der bewohnbaren Zone haben.KREDIT: PETIGURA / UC BERKELEY, HOWARD / UH-MANOA, MARCY / UC BERKELEY.
"Dies gibt uns ein gewisses Vertrauen, dass die Planeten, die Erik beschreibt, erdgroße, felsige Planeten sein können, wenn wir in die bewohnbare Zone schauen", sagte Howard.
Planeten durchqueren
Die NASA startete das jetzt verkrüppelte Kepler-Weltraumteleskop im Jahr 2009, um nach Planeten zu suchen, die sich vor ihren Sternen kreuzen oder diese durchqueren. Dies führt zu einer leichten Verringerung der Helligkeit des Sterns um ein Hundertstel Prozent. Unter den 150.000 Sternen, die vier Jahre lang alle 30 Minuten fotografiert wurden, meldete das Kepler-Team der NASA mehr als 3.000 Planetenkandidaten. Viele davon sind viel größer als die Erde - von großen Planeten mit dichten Atmosphären wie Neptun bis hin zu Gasriesen wie Jupiter - oder in Umlaufbahnen, die so nahe an ihren Sternen liegen, dass sie geröstet werden.
Um sie zu sortieren, verwenden Petigura und seine Kollegen die beiden 10-Meter-Teleskope des Keck-Observatoriums auf dem Gipfel von Mauna Kea, Hawaii, um HIRES-Spektren von so vielen Sternen wie möglich zu erhalten. Dies wird ihnen helfen, die wahre Helligkeit jedes Sterns zu bestimmen und den Durchmesser jedes transitierenden Planeten mit Schwerpunkt auf Planeten mit Erddurchmesser zu berechnen.
HIRES (das hochauflösende Echelle-Spektrometer) erzeugt Spektren einzelner Objekte mit sehr hoher spektraler Auflösung und deckt dabei einen weiten Wellenlängenbereich ab. Dazu wird das Licht in viele "Streifen" von Spektren aufgeteilt, die über ein Mosaik von drei großen CCD-Detektoren gestapelt sind. HIRES ist berühmt dafür, Planeten zu finden, die andere Sterne umkreisen. Astronomen verwenden HIRES auch, um ferne Galaxien und Quasare zu untersuchen und Hinweise auf den Urknall zu finden.
Das Team konzentrierte sich auf die 42.000 Sterne, die wie die Sonne oder etwas kühler und kleiner sind, und fand 603 Kandidatenplaneten, die sie umkreisten. Nur 10 davon waren erdgroß, dh ein bis zwei Mal so groß wie der Durchmesser der Erde und umkreisen ihren Stern in einer Entfernung, in der sie auf lauwarme, lebenswerte Temperaturen erhitzt werden. Die Definition des Teams für "bewohnbar" lautet, dass ein Planet zwischen dem Vierfachen und einem Viertel der Lichtmenge erhält, die die Erde von der Sonne empfängt.
Eine Zählung von extrasolaren Planeten
Die Analyse unterzog Petiguras Planetenerkennungsalgorithmen einer Reihe von Tests, um zu messen, wie viele bewohnbare Planeten in der Größe der Erde sie verfehlt hatten. Petigura führte tatsächlich gefälschte Planeten in die Kepler-Daten ein, um festzustellen, welche seine Software erkennen konnte und welche nicht.
"Was wir tun, ist eine Zählung von extrasolaren Planeten, aber wir können nicht an jede Tür klopfen. Erst wenn wir diese falschen Planeten injiziert und gemessen haben, wie viele wir tatsächlich gefunden haben, konnten wir die Anzahl der echten Planeten, die wir verpasst haben, wirklich bestimmen “, sagte Petigura.
Die Berücksichtigung fehlender Planeten sowie die Tatsache, dass nur ein kleiner Teil der Planeten so ausgerichtet ist, dass sie sich von der Erde aus gesehen vor ihrem Wirtsstern kreuzen, ermöglichten es ihnen, 22 Prozent aller sonnenähnlichen Sterne in der Galaxie zu schätzen haben erdgroße Planeten in ihren bewohnbaren Zonen.
„Das Hauptziel der Kepler-Mission war die Beantwortung der Frage: Wenn Sie in den Nachthimmel schauen, hat welcher Teil der Sterne Planeten in Erdgröße bei lauwarmen Temperaturen, damit das Wasser nicht zu Eis gefroren oder verdampft wird in Dampf verwandeln, aber flüssig bleiben, denn flüssiges Wasser wird jetzt als Voraussetzung für das Leben angesehen “, sagte Marcy. "Bisher wusste niemand genau, wie verbreitet potenziell bewohnbare Planeten in der Galaxie um sonnenähnliche Sterne sind."
Alle potenziell bewohnbaren Planeten, die in ihrer Umfrage gefunden wurden, befinden sich um K-Sterne, die kühler und etwas kleiner als die Sonne sind, sagte Petigura. Die Analyse des Teams zeigt jedoch, dass das Ergebnis für K-Sterne auf G-Sterne wie die Sonne hochgerechnet werden kann. Hätte Kepler eine ausgedehnte Mission überlebt, hätte er genügend Daten erhalten, um eine Handvoll erdgroßer Planeten in den bewohnbaren Zonen von G-Sternen direkt zu entdecken.
Wenn die Sterne im Kepler-Feld für Sterne in der Sonnenumgebung repräsentativ sind, wird erwartet, dass der nächste (erdgroße) Planet einen Stern umkreist, der weniger als 12 Lichtjahre von der Erde entfernt ist und mit dem bloßen Auge gesehen werden kann. Zukünftige Instrumente zur Abbildung und Aufnahme von Spektren dieser Erden müssen nur ein paar Dutzend nahegelegener Sterne beobachten, um eine Probe erdgroßer Planeten zu entdecken, die sich in den bewohnbaren Zonen ihrer Wirtssterne befinden.
Im Januar berichtete das Team über eine ähnliche Analyse von Kepler-Daten für verbrannte Planeten, die nahe an ihren Sternen kreisen. Die neue, vollständigere Analyse zeigt, dass "die Natur in gastfreundlichen Umlaufbahnen ungefähr so viele Planeten erzeugt wie in Nahumlaufbahnen", sagte Howard.
Via W.M. Keck-Sternwarte