Woher kommt Indiens erste Entdeckung von Exoplaneten?

K2–236b wurde in einer globalen Zusammenarbeit entdeckt und kann nicht als einheimisch gefeiert werden.

Dieser Artikel wurde ursprünglich für The Wire veröffentlicht. Dies ist ein Spiegel des Gleichen.

Die Entdeckung von Exoplaneten ist heutzutage ein alltägliches Ereignis. Laut der NASA Exoplanets-Website wurden bis heute über 3.500 Exoplaneten gefunden.

Bildnachweis: Ich auf Flickr

Wo passt Indiens erste Exoplanetenentdeckung in dieses gigantische Spektrum? Und welche Rolle kann Indien in diesem aufstrebenden hybriden Zweig der Astrophysik und der Planetenforschung spielen?

Bis zu 80% der bekannten Exoplaneten wurden mithilfe der Transitmethode entdeckt, bei der der Helligkeitsabfall eines Sterns gemessen wird, wenn ein Planet (aus unserer Sicht) vor ihm vorbeigeht. Auf diese Weise können wir die Größe des Planeten abschätzen, basierend auf der Menge des von ihm blockierten Lichts und anderen Parametern wie der Umlaufzeit. Sowohl das Kepler-Weltraumteleskop der NASA als auch der kürzlich eingeführte Nachfolger, der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), suchen nach Planetentransits, wenn sie die Sterne beobachten.

Die zweitbeliebteste Methode zur Entdeckung von Exoplaneten ist die Radialgeschwindigkeitsmethode, bei der die Anziehungskraft eines Planeten auf seinen Wirtsstern gemessen wird, indem das resultierende Wackeln des Sterns beobachtet wird. Ein Spektrograph, der in der Lage ist, diese Feinbewegung zu messen, kann nicht nur die Anwesenheit eines Planeten preisgeben, sondern auch seine Masse bestimmen.

Planeten mit der Radialgeschwindigkeitsmethode finden. Die Verschiebung des Sternspektrums zeigt die Bewegung des Planeten und des Sterns um ihren gemeinsamen Schwerpunkt an. Bildnachweis: ESO

Diese Methode ermöglichte es indischen Wissenschaftlern, mit dem PRL Advance-Radialgeschwindigkeits-Suchspektrographen (PARAS) zum ersten Mal einen Exoplaneten - K2–236b - zu entdecken. Dieser Planet umkreist einen sonnenähnlichen Stern etwa 600 Lichtjahre von der Erde entfernt. PARAS wird am Mt. Abu Observatory in Sirohi, Rajasthan, installiert.

Wenn Wissenschaftler aufgrund von Transitdaten vermuten, dass sich um einen Stern ein Planet befindet, führen mehrere Teleskope auf der ganzen Welt Radialgeschwindigkeitsmessungen des Sterns durch. Eine Radialgeschwindigkeitsmessung liefert eine unabhängige Massenschätzung des Planetenkandidaten und hilft so, verschiedene verwandte Eigenschaften zu bestimmen. Auf diese Weise entwickelte sich auch die Entdeckung von K2–236b.

Die K2-Phase der Kepler-Satellitenmission hatte K2–236b als möglichen Planeten identifiziert, als er im Mai 2017 über seinen Stern K2–236 lief. Eine unabhängige Messung war jedoch erforderlich, um festzustellen, ob es sich tatsächlich um einen Planeten oder um einen nahen Planeten handelte Begleitstern.

Die Wissenschaftler verwendeten den PARAS-Spektrographen, um über einen Zeitraum von 18 Monaten Beobachtungen mit hoher Winkelauflösung des Sterns durchzuführen und das Wackeln des Sterns, das durch die geringe, aber anhaltende Anziehungskraft des umlaufenden Objekts verursacht wird, präzise zu messen. Die Daten bestätigten, dass das Objekt tatsächlich ein Planet war und den richtigen Namen K2–236b hatte.

Die Grafik zeigt das Wackeln des Wirtssterns K2–236 aufgrund seines Planeten K2–236b. Bildnachweis: Chakraborty et al., ArXiv
Über die Namenskonvention
Wenn in einem Stern-Planeten-System der Stern X heißt, heißt der Planet in der Umlaufbahn, die dem Stern am nächsten liegt, Xb, der Planet in der nächstgelegenen Umlaufbahn heißt Xc und so weiter. Es gibt keinen Planeten namens "Xa", da angenommen wird, dass diese Bezeichnung den Stern selbst darstellt, d. H. X ist ein Synonym für Xa.

Die Ergebnisse wurden im Juni dieses Jahres veröffentlicht (Preprint-Paper hier).

Die Wissenschaftler des Interuniversitären Zentrums für Astronomie und Astrophysik in Pune verwendeten K2-Daten, um den Radius des Planeten auf das Sechsfache der Erde zu schätzen, und PARAS-Daten, um auf das 27-fache des Gewichts der Erde zu schließen . Zusammengenommen legen diese Werte nahe, dass K2–236b mit einer Saturn-ähnlichen Dichte zur Sub-Saturn / Super-Neptun-Kategorie der Planeten gehört.

Größenvergleich des K2–236-Systems und unseres inneren Sonnensystems sowie des Planeten K2–236b zur Erde. Bildnachweis: ISRO

Der Planet dreht sich alle 19,5 Tage um seinen Stern. Zum Vergleich: Merkur umkreist die Sonne um das 2,5-fache und die Erde ist um das Sieben-fache versetzt. Daher ist die Oberfläche von K2–236b mit rund 600 ° C heißer als die von Quecksilber. Die Dichte und die Oberflächentemperatur zusammen bedeuten wenig Hoffnung für das Leben, wie wir es auf der Oberfläche des Planeten kennen.

Sehen Sie sich nun die folgende Grafik an, in der die Anzahl der ab Mitte 2018 entdeckten Exoplaneten nach Typ geordnet ist.

Zusammenfassung der Anzahl bestätigter Exoplaneten in jeder Kategorie. Gutschrift: Planetary Habitability Laboratory

Offensichtlich sind einige Arten von Planeten häufiger als andere. Abgesehen von den Super-Erden / Mini-Neptunen sind die Planeten Neptun und Jupiter / Saturn weit verbreitet. Zwischen der neptunischen und der jovianischen / Saturn-Welt liegt jedoch auch eine schlanke, aber unterschiedliche Gruppe von Planeten. Dies sind die Super-Neptune oder die Sub-Saturn / Sub-Jovianer: Ihre physikalischen Eigenschaften liegen zwischen Neptun-ähnlichen und Saturn-ähnlichen Planeten. Bis heute sind nur 23 solcher Planeten bekannt - und K2–236b ist einer von ihnen. Daher fordern sie eine eingehendere Prüfung ihrer Auswirkungen.

Diese Planeten wiegen 10 bis 70 Erdmassen und messen 4 bis 8 Erdradien. Sie sind besonders interessant, weil ihre Größen innerhalb eines kleinen Bereichs variieren, ihre Massen und damit Dichten jedoch in großen Mengen variieren. K2–236b selbst scheint etwas in der Mitte dieses Spektrums zu liegen.

Vorläufige Berechnungen basierend auf der Masse und dem Radius von K2–236b ergaben, dass es sich um 60–70% heißes Eis, Silikate und Eisen handelt. Der Planet überspannt somit die Sub-Saturn- und Super-Neptun-Gruppe, da er die Dichte eines Saturn-ähnlichen Planeten und die atmosphärische Zusammensetzung hat, die einer neptunischen ähnelt. Das von Abhijit Chakraborty geleitete Team, das Daten des PARAS-Spektrographen verwendet, forderte genauere Messungen des Planeten, um dessen genaue Zusammensetzung zu bestimmen.

Wie bei den anderen Planeten in diesem Elite-Club ist K2–236b ein weiterer Datenpunkt, um zu verstehen, warum diese Planeten selten sind. Während es eine nützliche und bedeutende Entdeckung darstellt, ist es auch kein Game-Changer. Es muss noch viel mehr verstanden werden, wie die Dynamik der Umlaufbahn, die atmosphärischen Eigenschaften, die innere Zusammensetzung usw. Nur dann können wir effektiv modellieren, wie sie sich bilden und entwickeln.

PARAS ist ein wichtiger Teil dieser Suche und wird lange und kontinuierliche Beobachtungen von Hunderten von nahegelegenen Zwergsternen und sonnenähnlichen Sternen durchführen. Solche Langzeitbeobachtungen werden es Wissenschaftlern ermöglichen, die bekannten Exoplaneten besser zu charakterisieren und die Identität von Planetenkandidaten wie im Fall von K2–236b zu bestätigen.

Der PARAS-Spektrograph am Mt. Abu Observatory. Bildnachweis: PRL

Es ist auch gut zu sehen, dass Indien endlich beginnt, zur experimentellen Erforschung von Exoplaneten beizutragen. Es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass K2–236b durch eine globale, kollaborative Anstrengung entdeckt wurde und nicht als einheimisches Produkt gefeiert werden kann. Die Bedeutung der Entdeckung eines Exoplaneten liegt mehr in seinem inneren und notwendigerweise globalen Wert als in einem rein nationalen.

Wie viele andere Entdeckungen von Exoplaneten bestätigt auch die Existenz des K2–236-Systems die Offenbarung, dass unser Sonnensystem nicht das Modell zu sein scheint, dem die Natur im Großen und Ganzen folgt. Es wäre klug, diese Entdeckung nicht als Erinnerung an unseren sogenannten Nationalstolz zu betrachten, sondern als Erinnerung an unseren (bislang) einzigartigen, aber demütigenden Platz im Universum.

Wir leben in einem Zeitalter von Exoplanetenentdeckungen zu Tausenden. Planetenentstehungsmodelle werden auf unterschiedliche Weise auseinandergerissen, überarbeitet, umformuliert und wieder zusammengesetzt. Wir verstehen nicht, wie die Planetenformation wirklich funktioniert und wie man aus einem kleineren Satz von Bausteinen so unterschiedliche Arten von Planeten gewinnt. Es ist an der Zeit, mehr herauszufinden.