Ein Planet von Proxima Centauri

Diese Weitwinkelaufnahme zeigt die Milchstraße, wie sie sich über den Südhimmel erstreckt. Der schöne Carina-Nebel (NGC 3372) ist rechts im Bild rotglühend zu sehen. In der Bildmitte befindet sich das Sternbild Crux (das Kreuz des Südens). Der helle gelbweiße Stern links im Bild ist Alpha Centauri, in Wirklichkeit dein System aus drei Sternen in einer Entfernung von etwa 4,4 Lichtjahren von der Erde. Der Stern Alpha Centauri C, Proxima Centauri, ist der dem Sonnensystem nächste Stern.

Diese Weitwinkelaufnahme zeigt die Milchstraße, wie sie sich über den Südhimmel erstreckt. Der schöne Carina-Nebel (NGC 3372) ist rechts im Bild rotglühend zu sehen. In der Bildmitte befindet sich das Sternbild Crux (das Kreuz des Südens). Der helle gelbweiße Stern links im Bild ist Alpha Centauri, in Wirklichkeit dein System aus drei Sternen in einer Entfernung von etwa 4,4 Lichtjahren von der Erde. Der Stern Alpha Centauri C, Proxima Centauri, ist der dem Sonnensystem nächste Stern.

Von Paul Gilster; Original Proxima Centauri Planet, erschienen am 24. August 2016 auf Centauri Dreams („Imagining and Planning Interstellar Exploration“).

Übersetzt von Cernunnos

Ein Planet in der bewohnbaren Zone um Proxima Centauri? Die Aussicht überwältigt die Phantasie, aber andererseits habe ich den Großteil meines Lebens über genau diese Art von Planet nachgedacht. Proxima Centauri ist immerhin der unserer eigenen Sonne nächste Stern, etwa 1500 Astronomische Einheiten von Alpha Centauris Hauptsternen entfernt (obwohl man glaubt, daß er sich mit diesem System bewegt). Als schwacher roter Zwerg wurde Proxima erst 1915 entdeckt, schlug aber schnell die Phantasie von Science-Fiction-Autoren in den Bann, die darüber nachdachten, was es um solch einen Stern geben könnte. Murray Leinsters Geschichte „Proxima Centauri“ (1935) ist eine rasselnde, polternde Geschichte, aber sie beschwört immer noch ein wenig von der Magie einer der frühesten fiktiven interstellaren Reisen herauf.

In jüngerer Zeit hat Stephen Baxter Proxima Centauri b in seiner Darstellung eines Planeten namens Per Ardua mit gerade etwas über einer Erdmasse in der habitablen Zone ziemlich genau getroffen – dieser kam in Baxters Roman Proxima von 2015 vor. Baxters Planet befand sich in einer Entfernung von 0,04 AE und war ein bißchen massereicher als die Erde; das echte Ding ist 0,05 AE von Proxima entfernt und hat 1,3 Erdmassen. Ich würde das eine sehr saubere Arbeit nennen. Baxter bemerkte auch mit beträchtlicher Berechtigung, daß es, wenn wir einen wahrlich bewohnbaren Planeten in dem unseren eigenen System allernächsten Sternsystem finden, bedeuten würde, daß solche Planeten recht häufig sind.

Dieses Bild vom Himmel um den hellen Stern Alpha Centauri AB zeigt auch den viel schwächeren roten Zwergstern Proxima Centauri, den unserem Sonnensystem nächsten Stern. Das Bild wurde aus Bildern geschaffen, die einen Teil der Digitized Sky Survey 2 bilden. Der blaue Halo um Alpha Centauri AB ist ein Artefakt des fotografischen Prozesses, der Stern ist in Wirklichkeit blaßgelb in einer Farbe wie die Sonne.

Dieses Bild vom Himmel um den hellen Stern Alpha Centauri AB zeigt auch den viel schwächeren roten Zwergstern Proxima Centauri, den unserem Sonnensystem nächsten Stern. Das Bild wurde aus Bildern geschaffen, die einen Teil der Digitized Sky Survey 2 bilden. Der blaue Halo um Alpha Centauri AB ist ein Artefakt des fotografischen Prozesses, der Stern ist in Wirklichkeit blaßgelb in einer Farbe wie die Sonne.

Nachdem ich diese ganze Woche bei Tagungen von Breakthrough Starshot gewesen bin, freut es mich zu sehen, daß wir nun ein potentielles Ziel haben; d. h., einen wirklichen statt eines angenommenen Planeten um einen der Sterne in dem System, das unserem am nächsten ist. Die Auffindung von Proximas Planeten ist ein langer Prozeß gewesen, bis wir zu der Art von Messungen kamen, die seine Anwesenheit enthüllen können. Bis jetzt haben wir größere Planeten auf verschiedenen Arten von Umlaufbahnen um Proxima ausgeschlossen, aber die Aussicht auf etwas Erdgroßes in der habitablen Zone blieb offen. Ich beeile mich hinzuzufügen, daß Breakthrough Starshot bis jetzt keine Entscheidungen über das Ziel getroffen hat, aber es ist klar, daß Proxima b ein vorrangiger Bewerber sein wird.

Guillem Anglada-Escudé, Leiter des Projekts Pale Blue Dot und Hauptautor des Artikels über die Entdeckung von Proxima Centauri b.

Guillem Anglada-Escudé, Leiter des Projekts Pale Blue Dot und Hauptautor des Artikels über die Entdeckung von Proxima Centauri b.

Ich lasse Guillem Anglada-Escudé, den Leiter des Projekts Pale Red Dot, und seine Mitarbeiter beschreiben, was sein Team gefunden hat. Unter Anmerkung, daß ungleichmäßige Datenaufnahme und die längerfristige Variabilität des Sterns Gründe dafür sind, daß das Signal nicht aus früheren Daten bestätigt werden konnte, beschreiben die Forscher diese Schlüsseleigenschaften des Planeten. Aus dem Artikel:

Die Doppler-Halbamplitude von Proxima b (∼ 1.4 ms−1) ist nicht besonders klein verglichen mit anderen gemeldeten Planetenkandidaten. Die ungleichmäßige und spärliche Datenaufnahme kombiniert mit der längerfristigen Variabilität des Sterns scheinen die Gründe dafür zu sein, daß das Signal mit den Daten von vor 2016 nicht eindeutig bestätigt werden konnte, und nicht die Menge der gesammelten Daten.

Und hier ist das, worauf wir gewartet haben:

Die entsprechende Mindestmasse des Planeten ist ∼ 1.3 M. Mit einer großen Halbachse [der Umlaufbahn] von ~ 0,05 AE liegt er genau in der Mitte der klassischen habitablen Zone für Proxima. Wie zuvor erwähnt, kann die Anwesenheit eines weiteren Planeten mit Super-Erdmasse auf längeren Orbitalperioden und Doppler-Halbamplituden < 3 ms −1 noch nicht ausgeschlossen werden. Durch numerische Integration einiger mutmaßlicher Orbits haben wir bestätigt, daß die Anwesenheit solch eines zusätzlichen Planeten die Bahnstabilität von Proxima b nicht kompromittieren würde.

Und da haben wir’s nun, unsere erste Einschätzung eines Planetensystems um Proxima Centauri. Die Analyse des Teams nutzt frühere Doppler-Messungen von Proxima Centauri, zusammen mit der darauffolgenden Beobachtungskampagne von Pale Red Dot von 2016. Die Doppler-Daten bedienen sich des Spektrometers HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) und des UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph). Die Suchmethoden und die Signalauswertung werden in dem Artikel (Zitierung weiter unten) gründlich diskutiert. Entscheidend für das Unterfangen war, was Anglada-Escudé und sein Team eine „gut isolierte Spitze bei ~ 11,2 Tagen“ nennen, die in den Doppler-Daten von vor 2016 aufschien. Die HARPS-Kampagne von Pale Red Dot wurde durchgeführt, um dieses 11,2-Tage-Signal zu bestätigen oder zu widerlegen. Und sie haben es bestätigt.

Diese künstlerische Darstellung zeigt eine Ansicht der Oberfläche des Planeten Proxima b, der den roten Zwergstern Proxima Centauri umkreist, den Stern, der dem Sonnensystem am nächsten ist. Der Doppelstern Alpha Centauri AB erscheint ebenfalls rechts oberhalb von Proxima selbst. Proxima b ist ein bißchen massereicher als die Erde und kreist in der habitablen Zone im Proxima Centauri, wo die Temperatur für die Existenz von flüssigem Wasser auf seiner Oberfläche geeignet ist. Bild: ESO/M. Kornmesser.

Diese künstlerische Darstellung zeigt eine Ansicht der Oberfläche des Planeten Proxima b, der den roten Zwergstern Proxima Centauri umkreist, den Stern, der dem Sonnensystem am nächsten ist. Der Doppelstern Alpha Centauri AB erscheint ebenfalls rechts oberhalb von Proxima selbst. Proxima b ist ein bißchen massereicher als die Erde und kreist in der habitablen Zone im Proxima Centauri, wo die Temperatur für die Existenz von flüssigem Wasser auf seiner Oberfläche geeignet ist. Bild: ESO/M. Kornmesser.

Wir haben noch einen langen Weg vor uns, bevor wir wissen, ob ein Planet um einen roten Zwergstern wie dieser wirklich bewohnbar sein kann. Gebundene Rotation ist immer ein Problem, weil ein Planet, der seinem Stern so nahe ist (Proxima Centauri b befindet sich in einem 11,2-Tage-Orbit) wahrscheinlich immer eine Seite dem Stern zuwendet, und die andere sich in dauerhafter Nacht befindet. Es gibt jedoch Artikel, die argumentieren, daß eine gebundene Rotation nicht verhindert, daß es eine stabile Atmosphäre mit globaler Zirkulation und Wärmeverteilung gibt.

Und was ist mit Proximas Magnetfeld? Der durchschnittliche globale Magnetfluß ist hoch im Vergleich mit jenem der Sonne (600±150 Gauss gegenüber dem 1 Gauss der Sonne). Man verbinde dies mit Sonneneruptionsaktivität, und es gibt Szenarien, wo einem Planeten allmählich seine Atmosphäre entrissen wird. Ein starkes planetares Magnetfeld könnte diese Erosion jedoch verhindern. Genausowenig würden Röntgenstrahlen (das 400fache des Strahlenflusses, den die Erde erhält) zwangsläufig die Fähigkeit des Planeten zerstören, eine Atmosphäre zu halten.

Ein Winkelgrößenvergleich, wie Proxima von Proxima b aus gesehen am Himmel erscheinen würde, verglichen damit, wie die Sonne auf der Erde an unserem Himmel erscheint. Proxima ist viel kleiner als die Sonne, aber Proxima b liegt sehr nahe an seinem Stern.

Ein Winkelgrößenvergleich, wie Proxima von Proxima b aus gesehen am Himmel erscheinen würde, verglichen damit, wie die Sonne auf der Erde an unserem Himmel erscheint. Proxima ist viel kleiner als die Sonne, aber Proxima b liegt sehr nahe an seinem Stern.

Und dann ist da noch die Sache mit dem Ursprung des Planeten, und wie sich das darauf auswirken könnte, was dort zu finden ist. Aus dem Artikel:

…eine Entstehung von Proxima b aus auf dieser Umlaufbahn vorhandenem Scheibenmaterial ist unplausibel, weil Scheibenmodelle für kleine Sterne weniger als 1 Erdmasse festes Material innerhalb der zentralen Astronomischen Einheit enthalten. Stattdessen 1) wanderte der Planet entweder in einer Typ-I-Migration, oder 2) Planetenembryos wanderten ein und verschmolzen auf der gegenwärtigen Planetenumlaufbahn, oder 3) Kieselsteine / kleine Planetesimale wanderten durch aerodynamischen Widerstand und verschmolzen später zu einem größeren Körper. Während migrierte Planeten und Embryos, die jenseits der Eislinie entstanden, reich an flüchtigen Elementen wären, würde eine Migration von Kieselsteinen viel trockenere Welten hervorbringen.

Wir können nun auf weitere Daten über Proxima b durch Transitbeobachtungen, Direktabbildung und weitere Spektroskopie hoffen. Letztendlich können wir natürlich über die Aussichten von robotischer Erforschung nachdenken, eine Sache von der Art, wie wir sie hier auf Centauri Dreams seit den letzten zwölf Jahren diskutiert haben. Kein Stern ist näher, und wenige werden ein weiterführendes Studium mehr lohnen als dieser. Ich muß zu einer Tagung und werde das dort zusammenfassen lassen müssen, aber Sie können sicher sein, daß es eine Menge mehr über Proxima und das gesamte Alpha-Centauri-System zu sagen geben wird, so wie die Analyse weitergeht.

Der Artikel ist Anglada-Escudé et al. „A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri“, Nature 536 (25. August 2016), S. 437 – 440 (Kurzfassung hier).

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Siehe auch den neulich von Deep Roots verlinkten Artikel Planet um erdnächsten Stern entdeckt auf orf.at

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Eine Antwort zu Ein Planet von Proxima Centauri

  1. Deep Roots schreibt:

    In Heft 6-2007 von „bild der Wissenschaft“ ist mir neulich dieser Kurzartikel aufgefallen, der Relevanz für Alpha Centauri und andere Doppelsterne mit mittlerem Abstand der Sternpartner haben könnte:

    Wenn die Sonne zweimal aufgeht

    Planeten bei Doppelsternen sind mindestens so häufig wie bei einzelnen Sonnen, wie eine Auswertung neuer Daten des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA ergab. Das widerspricht den bisherigen Theorien zur Planetenentwicklung.

    Zwar gehören rund 50 der über 200 bekannten Planeten bei anderen Sternen zu einem Doppelsternsystem. Doch sie umkreisen nur einen der beiden Sterne, und der Abstand zwischen diesen Sternen beträgt meist über 150 Milliarden Kilometer – die tausendfache Distanz zwischen Erde und Sonne.

    Nun haben David Trilling von der University of Arizona in Tucson und seine Kollegen mit dem Infrarotteleskop Spitzer 69 junge Doppelsterne ins Visier genommen, die 50 bis 200 Lichtjahre von der Erde entfernt sind. Ergebnis: Rund 40 Prozent von ihnen besitzen Gas- und Staubscheiben – die typischen Orte der Planetenentstehung. Dieser Prozentsatz ist sogar höher als bei vergleichbaren Einzelsternen. Doch die größte Überraschung war: Die Scheiben sind bei engen Doppelsternen besonders häufig. Rund 60 Prozent von ihnen besitzen welche. Und: Die Scheiben umgeben stets beide Sterne. Wenn dort Planeten entstehen, hätten mögliche Lebensformen künftig das Vergnügen von doppelten Sonnenaufgängen – wie auf dem Planeten Tatooine im Film „Krieg der Sterne“.

    Die Spitzer-Daten zeigen auch, dass nicht alle Doppelsterne planetenfreundliche Orte sind. Bei Stern-Distanzen vom 3- bis 50-fachen der Entfernung von Sonne und Erde gibt es keine Gas- und Staubscheiben. Dort führen die komplexen Schwerkraft-Verhältnisse vermutlich zu Instabilitäten, die eine Verdichtung der Materie verhindern. Das Fazit: Doppelsterne können Geburtsstätten für Planeten sein – aber nur dann, wenn sie sich sehr nahe sind oder auf große Distanz gehen.

    Die Angabe „über 200 bekannte Planeten bei anderen Sternen“ ist inzwischen zwar ziemlich überholt – bis heute hat man schon mindestens dreitausend bis viertausend davon entdeckt (die genauere aktuelle Zahl weiß ich nicht auswendig).

    Sollte jedoch die in diesem Kurzbeitrag präsentierte Einschätzung der Voraussetzungen für die Planetenentstehung in Doppelsternsystemen zutreffen, so sieht es für Planeten im Systetm Alpha Centauri schwarz aus. Denn dessen beide Sterne, Alpha Centauri A und B, laufen auf stark elliptischen Umlaufbahnen um ihren gemeinsamen Schwerpunkt, wobei der Abstand zwischen ihnen von 11,5 bis 36,6 Astronomischen Einheiten variiert. (1 AE ist der Abstand zwischen Erde und Sonne.) Das deckt so ziemlich den mittleren Bereich der Zone von 3 bis 50 AE ab, in der es laut den Daten von David Trilling und Kollegen keine Staubscheiben um junge Doppelsterne und somit keine Planeten gibt.

    Falls es keine bisher unbekannten alternativen Planetenentstehungsmechanismen in solchen Sternsystemen gibt, so dürfte das Alpha-Centauri-System ohne Planeten sein, obwohl einmal entstandene Planeten durchaus stabile Umlaufbahnen in den habitablen Zonen um den einen oder anderen der beiden Sterne haben könnten.

    Gegen die Theorie von David Trilling et al. spricht jedoch das Beispiel von Gamma Cephei, einem ca. 46 Lichtjahre entfernten Doppelstern aus einem Unterriesen und einem roten Zwergstern, der sich auf einer elliptischen Bahn mit einer großen Halbachse von 20 AE um den Unterriesen bewegt. In diesem System wurde im Jahr 2002 die Existenz eines Planeten mit mindestens 1,6-facher Jupitermasse bestätigt, der sich auf einem ca. 900 Tage dauernden Umlauf um Gamma Cephei A bewegt und inzwischen den Namen Tadmor erhalten hat.

    Es wäre interessant, ob es unter den mehreren tausend bisher bekannten Exoplaneten nicht doch auch etliche in Doppelsternsystemen gibt, deren stellare Komponenten ähnlich wie Alpha Centauri A und B in mittlerer Entfernung umeinander kreisen.

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