Kepler-10c: INAF entdeckt eine mögliche „Wasserwelt“

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Nationalen Instituts für Astrophysik (INAF) hat die Masse des Exoplaneten Kepler-10c hochpräzise gemessen. Dies lässt darauf schließen, dass er größtenteils aus Wassereis bestehen könnte . Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Astronomie & Astrophysik , verwendete Daten, die vom High Accuracy Radial velocity Planet Searcher for the Northern hemisphere (HARPS-N)-Spektrographen gesammelt wurden, der am Telescopio Nazionale Galileo (TNG) auf den Kanarischen Inseln installiert ist . Die Analyse bestätigte außerdem die Existenz eines dritten Planeten innerhalb des Kepler-10-Systems und lieferte wertvolle neue Informationen für das Verständnis der Prozesse der Planetenentstehung und der Ursprünge unseres Sonnensystems.

Mithilfe von etwa 300 Radialgeschwindigkeitsmessungen, die mit HARPS-N durchgeführt wurden, konnten Forscher die Masse und Dichte von Kepler-10c, einem Exoplaneten, der den Stern Kepler-10 umkreist, mit beispielloser Genauigkeit schätzen. Dieses Planetensystem beherbergt bekanntermaßen Kepler-10b, die erste felsige Supererde, die von der Kepler-Mission der NASA mit einer Umlaufzeit von weniger als einem Erdentag entdeckt wurde , und Kepler-10c, einen als Subneptun klassifizierten Planeten mit einer Umlaufzeit von 45 Tagen. Die Masse von Kepler-10c ist seit langem Gegenstand von Debatten, da widersprüchliche Schätzungen die Bestimmung seiner Zusammensetzung erschweren.

Die HARPS-N-Daten wurden mit einer neuen Methode verarbeitet, die Instrumenteneffekte und Schwankungen der magnetischen Aktivität des Muttersterns korrigiert, selbst wenn diese von geringer Intensität ist. Die Analysen, die von drei Gruppen innerhalb des Teams unabhängig voneinander durchgeführt wurden, ergaben konsistente Ergebnisse . Diese Arbeit führte zu dem Schluss, dass es sich bei Kepler-10c höchstwahrscheinlich um eine „Wasserwelt“ handelt, also um einen Planeten, dessen Masse größtenteils aus festem Wasser (Eis) und möglicherweise zu einem geringen Teil auch aus flüssigem Wasser besteht . Die Forscher gehen von der Hypothese aus, dass der Planet jenseits der Wasserkondensationslinie entstand, etwa zwei bis drei astronomische Einheiten von seinem Stern entfernt, und dann schrittweise in Richtung seiner heutigen innersten Umlaufbahn wanderte.

Ein bedeutendes Ergebnis der Studie ist auch die Bestätigung der Existenz eines dritten Planeten im Kepler-10-System . Dieser Himmelskörper, der nicht durch Transite erkennbar ist, wurde dank der kleinen Anomalien identifiziert, die er in der Umlaufbahn von Kepler-10c verursacht und die an den Schwankungen der Transitzeiten des letzteren erkennbar sind. Diese Methode ist analog zu der Methode, die zur Entdeckung des Neptuns führte und auf den in der Umlaufbahn des Uranus beobachteten Störungen beruhte. Der zuvor als „Geisterplanet“ vermutete Planet hat dank der Präzision der Radialgeschwindigkeitsmessungen von HARPS-N nun eine genau bestimmte Umlaufzeit von 151 Tagen und eine geschätzte Mindestmasse. Luca Borsato vom INAF in Padua, Zweitautor der Abhandlung, kommentiert : „ Die Analyse der Radialgeschwindigkeiten und der Laufzeitschwankungen, sowohl einzeln als auch in Kombination, hat Ergebnisse geliefert, die hinsichtlich der Parameter des dritten Planeten hervorragend übereinstimmen und frühere ungenaue Schätzungen seiner Eigenschaften korrigieren .“

Aldo Bonomo vom INAF in Turin, Erstautor des Artikels, unterstreicht die Bedeutung der Entdeckung im theoretischen Kontext : „ Modelle zur Planetenentstehung und -migration haben die Existenz von ‚Wasserwelten‘ vorhergesagt, eine endgültige Bestätigung liegt uns jedoch noch nicht vor. Allerdings scheinen etwa fünfzehn Planeten um sonnenähnliche Sterne wie Kepler-10c genau die von diesen Modellen vorhergesagte Zusammensetzung zu haben. Der endgültige Beweis für die Existenz von ‚Wasserwelten‘ könnte durch die Untersuchung ihrer Atmosphären mit dem James-Webb-Weltraumteleskop erbracht werden, da wir davon ausgehen, dass diese besonders reich an Wasserdampf sind .“

Die Untersuchung des Kepler-10-Systems bietet wichtige Erkenntnisse zur Entstehung von Planeten um ihre Sterne. Supererden wie Kepler-10b und Subneptune wie Kepler-10c, die in der Galaxie häufig vorkommen, in unserem Sonnensystem jedoch fehlen, sind ein Schlüsselelement unseres Verständnisses der Vielfalt der Welten, die andere Sterne umkreisen . Insbesondere die Analyse der Zusammensetzung subneptunischer Planeten, um festzustellen, ob sie eisreich oder eisarm sind, kann wichtige Erkenntnisse über ihren Ursprung und die frühe Entstehung von Planetensystemen, einschließlich unseres eigenen, liefern. Um zu verstehen, wie und wo diese Planeten entstehen und wie sie sich in Richtung ihres Muttersterns bewegen, müssen wir in die Vergangenheit blicken, um weitere Einzelheiten über die Ursprünge der Erde und vielleicht auch des Lebens selbst zu erfahren.