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Massenmessungen zeigen: CoRoT-7b ist erdähnlicher Exoplanet

Masse und Dichte des kleinsten Exoplaneten konnten erstmals gemessen werden

16. September 2009

Die längste je mit dem Planetenjäger-Instrument HARPS durchgeführte Beobachtungsreihe hat nun überzeugende Belege dafür geliefert, dass die Masse des kleinsten bekannte Exoplaneten, CoRoT-7B, fünf Mal so groß ist wie die der Erde. Aus anderen Messungen war bereits bekannt, dass der Durchmesser von CoRoT-7b weniger als doppelt so groß ist wie der Erddurchmesser. Zusammengenommen ergibt sich, dass die Dichte des Exoplaneten ungefähr dieselbe ist wie die der Erde. Auch bei CoRoT-7b sollte es sich dementsprechend um einen Gesteinsplaneten handeln. Die Beobachtungsdaten weisen zudem auf die Existenz einer weiteren so genannten Super-Erde in diesem fremden Sonnensystem hin.

"So spannend und faszinierend ist Wissenschaft nur selten" meint Didier Queloz, der Leiter des Forscherteams, das die Beobachtungen durchführte. "Wir haben alle Register gezogen um herauszufinden, wie dieses vom CoRoT-Satelliten entdeckte Objekt aussieht, und sind auf ein einzigartiges Planetensystem gestoßen."

Die Entdeckung eines kleinen Exoplaneten, der einen unauffälligen Stern mit der Katalognummer TYC 4799-1733-1 umkreist, durch das Satellitenteleskop CoRoT [1] war im Februar 2009 bekanntgegeben worden – ein Jahr nach der eigentlichen Entdeckung: In der Zwischenzeit waren monatelang Beobachtungen mit erdgebundenen Teleskopen vorgenommen worden, unter anderem mit mehreren ESO-Teleskopen, um CoRoTs Entdeckung zu bestätigen. Der Stern, der nunmehr als CoRoT-7 bekannt ist, befindet sich im Sternbild Einhorn, rund 500 Lichtjahre von der Erde entfernt. CoRoT ist etwas kleiner und kühler als unsere Sonne, und außerdem mit einem Alter von nur rund 1,5 Milliarden Jahren merklich jünger.

Von der Erde aus gesehen läuft der Planet, der die Bezeichnung CoRoT-7b trägt, alle 20,4 Stunden vor seinem Heimatstern vorbei und schirmt dabei während rund einer Stunde ein Dreitausendstel des Sternenlichts ab [2]. Der Durchmesser dieses Planeten ist rund 80% größer als der Erdduchmesser, und die Entfernung des Planeten von seinem Stern beträgt nur rund 2,5 Millionen Kilometer. Zum Vergleich: Die mittlere Entfernung des innersten Planeten in unserem Sonnensystem, Merkur, von der Sonne ist rund 23 Mal so groß.

Die Masse des Planeten ließ sich aus diesen ersten Messungen allerdings noch nicht ableiten. Dazu sind extrem genaue Messungen der Geschwindigkeit des Sterns nötig, mit denen die Astronomen verfolgen können wie der Stern, der Schwereanziehung des Exoplaneten folgend, um den gemeinsamen Schwerpunkt des Systems kreist. Für solche Messungen wird das Spektrum des Sterns – die Verteilung der vom Stern abgestrahlten Energie auf die verschiedenen Wellenlängenbereiche – untersucht und gemessen, wie es sich aufgrund des so genannten Dopplereffekts mit der Zeit ändert. Erschwert werden solche Messungen bei CoRoT-7b durch Aktivitäten der Sternoberfläche in Form von Sternflecken – kühleren Oberflächenregionen, analog zu den Sonnenflecken unserer Sonne –, die mit der Drehung des Sterns um seine eigene Achse alle 23 Stunden einmal um den Stern herumwandern. Auch dadurch verändert sich das Sternspektrum mit der Zeit, und es sind genaue Messungen nötig, um die beiden Effekte auseinanderzuhalten.

Zu diesem Zweck bedienten sich die Astronomen des leistungsstärksten Planetenjagdinstruments der Welt, des High Accuracy Radial velocity Planet Searchers HARPS (übersetzt der “Planetensucher, der hochgenau Radialgeschwindigkeiten misst”), der am 3,6-Meter-Teleskop der ESO am La Silla-Observatorium in Chile angebracht ist.

"HARPS ist unschlagbar, wenn es darum geht, kleine Exoplaneten nachzuweisen. Allerdings waren die Messungen an CoRoT-7b so schwierig, dass insgesamt 70 Stunden Beobachtungszeit nötig waren", so François Bouchy, ein Koautor der Studie.

Die Beobachtungen erlaubten es den Astronomen, das 20,4-Stunden-Signal ausfindig zu machen und daraus auf die Masse des Planeten zu schließen: CoRoT-7b hat eine rund fünf Mal so große Masse wie die Erde und ist damit einer der leichtesten bekannten Exoplaneten.

"Die Bahn des Exoplaneten führt ihn von der Erde aus gesehen direkt vor seinem Heimatstern vorbei – es kommt zu so genannten Transits. Diese zusätzliche Information erlaubt es, die Masse des Exoplaneten nicht nur abzuschätzen, sondern tatsächlich zu messen. Nie zuvor wurde die Masse eines so leichten Exoplaneten präzise bestimmt [3]", sagt Claire Moutou, ein Mitglied der Forschergruppe. "Da wir sowohl die Masse als auch den Radius des Planeten kennen, können wir seine Dichte berechnen und daraus Rückschlüsse auf seinen inneren Aufbau ziehen."

Im Vergleich mit den Planeten unseres Sonnensystems ist der Exoplanet der Erde deutlich ähnlicher als beispielsweise Eisriesen wie Neptun mit 17 Erdmassen. In der Sprechweise der Exoplanetenjäger ist er eine “Super-Erde”. Ungefähr ein Dutzend solcher Super-Erden sind bislang nachgewiesen worden, doch noch niemals zuvor konnte für einen so kleinen Exoplaneten nicht nur die Masse, sondern auch die Dichte bestimmt werden. Die Dichte von CoRoT-7b entspricht ungefähr der Dichte der Erde, was nahelegt, dass es sich auch hier um einen Gesteinsplaneten handelt.

In den Worten von Koautor Artie Hatzes: "Zu CoRoT-7b gibt es exzellente Beobachtungsdaten. Die beeindruckend genauen Lichtkurven, die das Weltraumteleskop CoRoT aufgenommen haben, erlauben die bislang genaueste Messung des Radius, und die HARPS-Messungen die bislang genaueste Messung der Masse eines Exoplaneten. Beide Messungen sind nötig um nachzuweisen, dass es sich um einen Gesteinsplaneten mit der gleichen Dichte wie die Erde handelt."

CoRoT-7b ist noch in einer weiteren Hinsicht einzigartig. Er ist der seinem Mutterstern nächste Exoplanet – und damit auch der schnellste, mit einer Bahngeschwindigkeit von mehr als 750.000 Kilometern pro Stunde, mehr als sieben Mal so schnell wie die Erde auf ihrer Bahn um die Sonne. "Tatsächlich ist CoRoT-7b seinem Stern so nahe, dass die Verhältnisse auf diesem Planeten an Dantes Inferno erinnern dürften. Am Tage dürfte es dort heißer als 2000 Grad Celsius, in der Nacht kälter als 200 Grad werden. Nach den Modellen der Theoretiker könnte ein solcher Planet Lavaströme oder kochende Ozeane aufweisen. Angesichts solcher extremen Bedingungen ist dies sicherlich kein Planet, auf dem sich Leben entwickeln konnte", so Queloz.

Wie genau die HARPS-Messdaten sind, zeigt noch eine weitere Entdeckung: Die Analyse ergab, dass außerhalb der Bahn von CoRoT-7b noch ein weiterer Planet um CoRoT-7 kreist. Dieser Planet, CoRoT-7c, benötigt 3 Tage und 17 Stunden, um seinen Heimatstern zu umlaufen. Seine Masse ist rund 8 Mal größer als die der Erde, so dass wir es mit einer weiteren Super-Erde zu tun haben. Allerdings läuft die Bahn dieses Planeten von der Erde aus gesehen nicht direkt vor seinem Heimatstern vorbei. Daher lässt sich für CoRoT-7c weder der Radius noch die Dichte bestimmen.

CoRoT-7 entpuppt sich damit als der erste Stern, der von zwei Super-Erden mit sehr kurzen Umlaufzeiten umkreist wird, wobei eine der Super-Erden von der Erde aus gesehen regelmäßig vor der Sternscheibe vorbeiläuft.

Endnoten

[1] Die CoRoT-Mission ist ein Kooperationsprojekt Frankreichs mit einer Reihe internationaler Partner: die ESA, Belgien, Brasilien, Deutschland, Österreich und Spanien.

[2] Das gleiche Phänomen kann in unserem eigenen Sonnensystem beobachten, wenn Merkur oder Venus von der Erde aus gesehen vor der Sonne vorbeilaufen, wie im Falle des letzten Venustransits am 8. Juni 2004. In der Vergangenheit wurden Ereignisse dieser Art untersucht, um den genauen Wert des Abstandes der Erde von der Sonne zu bestimmen – eine Größe von fundamentaler Wichtigkeit in der Himmelsmechanik.

[3] Der Exoplanet Gliese 581e, der mit dem HARPS-Instrument entdeckt wurde, hat mindestens die doppelte Masse der Erde (siehe Pressemitteilung ESO 15/09 [auf Englisch]). Allerdings ist die Orientierung seiner Bahn unbekannt, so dass dies nur einen Mindestwert darstellt. Die tatsächliche Masse ist unbekannt. Im Falle von CoRoT-7b sehen wir, dass der Planet vor seinem Stern vorbeiläuft, und kennen damit auch die Orientierung der Bahnebene. Das erlaubt eine genaue Massenbestimmung.

Weitere Informationen

Der Fachartikel zu den hier beschriebenen Ergebnissen wird in einer Sonderausgabe der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics erscheinen, die CoRoT gewidmet ist. D. Queloz et al.: "The CoRoT-7 planetary system: two orbiting Super-Earths", in Astronomy and Astrophysics Band 506-1, 22. Oktober 2009.

Das Forscherteam besteht aus D. Queloz, R. Alonso, C. Lovis, M. Mayor, F. Pepe, D. Segransan, und S. Udry (Observatorium Genf), F. Bouchy, F. und G. Hébrard, G. (IAP Paris), C. Moutou, M. Barbieri, P. Barge, M. Deleuil, L. Jorda und A. Llebaria (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille), A. Hatzes, D. Gandolfi, E. Guenther, M. Hartmann, und G. Wuchterl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg), M. Auvergne, A. Baglin, D. Rouan und J. Schneider (LESIA, CNRS, Observatoire de Paris), W. Benz (Universität Bern), P. Bordé, A. Léger und M. Ollivier (IAS, UMR 8617 CNRS, Université Paris-Sud), H. Deeg (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spanien), R. Dvorak (Universität Wien), A. Erikson und H. Rauer (DLR, Berlin), S. Ferraz Mello (IAG-Universidade de Sao Paulo, Brasilien), M. Fridlund (European Space Agency, ESTEC, Niederlande), M. Gillon und P. Magain (Université de Liège, Belgien), T. Guillot (Observatoire de la Côte d'Azur, CNRS UMR 6202, Nizza), H. Lammer (Österreichische Akademie der Wissenschaften), T. Mazeh (Tel Aviv University), und M. Pätzold (Universität Köln).

Die Europäische Südsternwarte ESO (European Southern Observatory) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch ihre 14 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz, die Tschechische Republik und das Vereinigte Königreich. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO betreibt drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Nordchile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts. Die ESO ist der europäische Partner für den Aufbau des Antennenfelds ALMA, das größte astronomische Projekt überhaupt. Derzeit entwickelt die ESO das European Extremely Large Telescope (E-ELT) für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren und Infrarotlichts, mit 42 Metern Spiegeldurchmesser ein Großteleskop der Extraklasse.

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Tel: +43 1 4277 51854
E-Mail: thomas.lebzelter@univie.ac.at

Didier Queloz
Geneva Observatory
Geneva, Switzerland
Tel: +41 22 379 2477
E-Mail: didier.queloz@unige.ch

François Bouchy
IAP, Paris
Paris, France
Tel: 33 4 92 70 64 94
E-Mail: bouchy@iap.fr

Claire Moutou
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
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E-Mail: Claire.Moutou@oamp.fr

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Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
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E-Mail: artie@tls-tautenburg.de

Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso0933.
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Über die Pressemitteilung

Pressemitteilung Nr.:eso0933de-at
Legacy ID:PR 33/09
Facility:ESO 3.6-metre telescope
Science data:2009A&A...506..303Q

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Künstlerische Darstellung von Corot-7b
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The planet-hosting star CoRoT-7
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