In einer Entfernung von 4,37 Lichtjahren von der Erde ist Alpha Centauri das nächstgelegene Sternensystem zu unserem eigenen. Seit Generationen haben Wissenschaftler und spekulative Denker darüber nachgedacht, ob es ein Planetensystem wie unsere eigene Sonne geben könnte und ob dort auch Leben existieren könnte oder nicht. Leider sind die jüngsten Versuche, außersolare Planeten in diesem Sternensystem zu lokalisieren, gescheitert. Potenzielle Entdeckungen sind später das Ergebnis von Artefakten in den Daten.
Als Reaktion auf diese gescheiterten Bemühungen werden mehrere ehrgeizigere Projekte entwickelt, um Exoplaneten in der Nähe von Alpha Centauri zu finden. Dazu gehören Weltraumteleskope mit direkter Bildgebung wie Project Blue und die interstellare Mission Breakthrough Starshot. Laut einer neuen Studie, die von Forschern der Yale University durchgeführt wurde, können vorhandene Daten verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit von Planeten in diesem System (und sogar welche Art) zu bestimmen.
Die Studie, in der ihre Ergebnisse detailliert beschrieben wurden, erschien kürzlich in Das astronomische Journalunter dem Titel „Planet Detectability in the Alpha Centauri System“. Die Studie wurde von Lily Zhao, einer Doktorandin der Yale University und Mitglied der National Science Foundation (NSF), geleitet und von Debora Fischer, John Brewer und Matt Giguere aus Yale sowie Bárbara Rojas-Ayala von der Universidad gemeinsam verfasst Andrés Bello in Chile.
Für ihre Studie haben Zhao und ihr Team überlegt, warum die Bemühungen, Planeten im nächstgelegenen Sternensystem zu lokalisieren, bisher gescheitert sind. Dies ist überraschend, wenn man bedenkt, wie statistisch gesehen Alpha Centauri sehr wahrscheinlich ein eigenes System hat. Wie Prof. Fischer kürzlich in einer Pressemitteilung von Yale News angedeutet hat:
„Das Universum hat uns gesagt, dass die häufigsten Arten von Planeten kleine Planeten sind, und unsere Studie zeigt, dass dies genau diejenigen sind, die am wahrscheinlichsten Alpha Centauri A und B umkreisen… Weil Alpha Centauri so nahe ist, ist es unsere erste Station außerhalb unseres Sonnensystems. Es gibt fast sicher kleine, felsige Planeten um Alpha Centauri A und B. "
Debora Fischer ist nicht nur Professorin für Astronomie an der Yale University, sondern auch eine der Leiterinnen der Yale Exoplanets Group. Als Expertin auf ihrem Gebiet hat Fischer Jahrzehnte ihres Lebens der Erforschung von Exoplaneten und der Suche nach Erdanaloga jenseits unseres Sonnensystems gewidmet. Mit einer Teilfinanzierung durch die NASA und die National Science Foundation stützte sich das Team auf vorhandene Daten, die von einigen der neuesten Instrumente für die Exoplanetenjagd gesammelt wurden.
Dazu gehörte CHIRON, ein Spektrograph, der am SMARTS (Small and Moderate Aperture Research Telescope System) des Cerro Telolo Interamerikanischen Observatoriums (CTIO) in Chile angebracht ist. Dieses Instrument wurde von Fischers Team gebaut und die von ihm bereitgestellten Daten wurden mit dem hochpräzisen Radialgeschwindigkeits-Planetensucher (HARPS) und den UV-Instrumenten (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph) des Very Large Telescope (VLT) der ESO kombiniert.
Mit zehn Jahren Daten, die mit diesen Instrumenten gesammelt wurden, haben Zhao und ihre Kollegen ein Rastersystem für das Alpha Centauri-System eingerichtet. Anstatt nach Anzeichen von existierenden Planeten zu suchen, verwendeten sie die Daten, um auszuschließen, welche Arten von Planeten dort nicht existieren könnten. Wie Zhao dem Space Magazine per E-Mail sagte:
„Diese Studie war insofern besonders, als sie vorhandene Daten des Alpha Centauri-Systems verwendete, um keine Planeten zu finden, sondern um zu charakterisieren, welche Planeten nicht existieren konnten. Auf diese Weise wurden mehr Informationen über das Gesamtsystem zurückgegeben und Hinweise für zukünftige Beobachtungen dieses einzigartig charismatischen Systems gegeben.
Darüber hinaus analysierte das Team die chemische Zusammensetzung der Sterne im Alpha Centauri-System, um mehr über die Arten von Material zu erfahren, die zur Bildung von Planeten zur Verfügung stehen würden. Basierend auf den unterschiedlichen Werten, die durch Beobachtungskampagnen von verschiedenen Teleskopen auf den drei Sternen von Alpha Centauri (Alpha, Beta und Proxima) erhalten wurden, konnten sie Einschränkungen hinsichtlich der möglichen Arten von Planeten festlegen.
"Wir fanden heraus, dass vorhandene Daten Planeten in der bewohnbaren Zone über 53 Erdmassen für Alpha Centauri A, 8,4 Erdmassen für Alpha Centauri B und 0,47 Erdmassen für Proxima Centauri ausschließen", sagte Zhao. "Bei den chemischen Zusammensetzungen haben wir festgestellt, dass die Verhältnisse von Kohlenstoff / Sauerstoff und Magnesium / Silizium für Alpha Centauri A und B denen der Sonne ziemlich ähnlich sind."
Grundsätzlich schlossen die Ergebnisse ihrer Studie die Möglichkeit von Jupiter-großen Gasriesen im Alpha-Centauri-System effektiv aus. Für Alpha Centauri A stellten sie ferner fest, dass Planeten mit weniger als 50 Erdmassen existieren könnten, während Alpha Centauri B Planeten mit weniger als 8 Erdmassen haben könnte. Für Proxima Centauri, von denen wir wissen, dass sie mindestens einen erdähnlichen Planeten haben, stellten sie fest, dass es mehr geben könnte, die weniger als die Hälfte der Erdmasse ausmachen.
Diese Studie bietet nicht nur Hoffnung für Exoplanetenjäger, sondern bringt auch einige interessante Implikationen für die Bewohnbarkeit der Planeten mit sich. Grundsätzlich ist die Anwesenheit von felsigen Planeten im System ermutigend; Ohne Gasriesen könnte jedoch eine wichtige Zutat fehlen, um sicherzustellen, dass Planeten bewohnbar bleiben.
"[N] Es könnte nicht nur noch bewohnbare Planeten mit Erdmasse um unsere nächsten stellaren Nachbarn geben, sondern es gibt auch keine Gasriesen, die das Überleben dieser potenziell bewohnbaren, felsigen Planeten gefährden könnten", sagte Zhao. "Wenn diese Planeten existieren, haben sie wahrscheinlich ähnliche Zusammensetzungen wie unsere eigene Erde, da Alpha Cen A / B und unsere geliebte Sonne ähnlich sind."
Derzeit gibt es keine Instrumente, die die Existenz von Exoplaneten in Alpha Centauri bestätigen könnten. Aber wie Zhao angedeutet hat, sind sie und ihre Teamkollegen optimistisch, dass zukünftige Umfragen die notwendige Sensibilität dafür haben werden:
"In diesem Monat wurden mehrere Instrumente der nächsten Generation in Betrieb genommen, die die Präzision versprechen, die erforderlich ist, um diese möglichen Planeten in naher Zukunft zu entdecken, und diese Analyse hat gezeigt, dass es sich auf jeden Fall lohnt, weiter zu suchen!"
Dazu gehören der von der ESO gebaute Echelle SPectrograph für felsige Exoplaneten und stabile spektroskopische Beobachtungen (ESPRESSO), der kürzlich am Paranal Observatory installiert wurde, und das an der Yale University gebaute EXtreme PREcision Spectrometer (EXPRES). Dieses letztere Instrument führt derzeit einen Beobachtungslauf am Lowell Observatory in Arizona durch, an dem Zhao teilnimmt.
"Diese Instrumente versprechen eine Präzision von bis zu 10-30 cm / s und sollten in der Lage sein, viel mehr kleinere und weiter entfernte Planeten zu erkennen - wie bewohnbare Planeten um die Centauri-Sterne", sagte Zhao. "Das Sichtfeld dieser beiden Instrumente ist leicht unterschiedlich (ESPRESSO hat die südliche Hemisphäre, wo sich Alpha Centauri befindet, während EXPRES die nördliche Hemisphäre abdeckt, zum Beispiel wo sich der Kepler und viele der K2-Felder befinden)."
Mit neuen Instrumenten und Methoden wie der von Zhao und ihrem Team wird das der Erde am nächsten gelegene Sternensystem in den kommenden Jahren sicherlich zu einer wahren Fundgrube für Astronomen und Exoplanetenjäger. Und alles, was wir dort finden, wird sicherlich zu Zielen für direkte Studien von Gruppen wie Project Blue und Breakthrough Starshot. Wenn ET nebenan wohnt, werden wir sicher bald davon hören!
