Künstlerische Darstellung des multiplanetaren Systems L 98-59. Fünf kleine Exoplaneten umkreisen diesen Roten Zwerg in kompakter Umlaufbahn, der 35 Lichtjahre entfernt ist. Im Vordergrund ist die Super-Erde der bewohnbaren Zone L 98-59 f zu sehen, deren Existenz in dieser Studie bestätigt wurde.
Bildnachweis: Benoît Gougeon, Universität Montreal
Nur 35 Lichtjahre von der Erde entfernt, beherbergt der kleine Stern L 98-59, ein Roter Zwerg, drei kleine Exoplaneten, die 2019 mit dem Weltraumteleskop TESS der NASA entdeckt wurden, sowie einen vierten Planeten, der mit der Radialgeschwindigkeitsmethode unter Verwendung des Spektrographen ESPRESSO der Europäischen Südsternwarte (ESO) identifiziert wurde. Diese vier Planeten umkreisen ihren Stern sehr nah und befinden sich alle innerhalb einer Entfernung, die fünfmal kleiner ist als die zwischen Merkur und der Sonne.
Vulkanische Welten, eine "Sub-Erde" und ein "Ozeanplanet"
Durch die erneute Analyse eines umfangreichen Datensatzes von erdgebundenen und Weltraumteleskopen konnte ein Team unter der Leitung von Charles Cadieux, Forscher an der Universität Montreal und am IREx, die Größen und Massen dieser Planeten mit unübertroffener Genauigkeit bestimmen.
"Diese neuen Ergebnisse bieten uns das bisher vollständigste Bild des Systems L 98-59", erklärt Charles Cadieux. "Es ist ein schönes Beispiel für die Leistungsfähigkeit der Kombination von Daten aus Weltraumteleskopen und hochpräzisen Instrumenten am Boden. Und die Planeten dieses Systems sind vielversprechende Ziele für Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop."
Alle Planeten des Systems haben Größen und Massen, die mit felsigen Welten vereinbar sind. Der dem Stern nächste, L 98-59 b, misst kaum 84 % des Erddurchmessers und besitzt etwa die Hälfte ihrer Masse, was ihn zu einem der wenigen gut charakterisierten "Sub-Erden" bis heute macht.
Die beiden ersten Planeten könnten Schauplatz intensiver vulkanischer Aktivität sein, verursacht durch Gezeitenheizung, ähnlich wie der Mond Io um Jupiter. Was den dritten betrifft, so deutet seine überraschend niedrige Dichte darauf hin, dass es sich um einen "Ozeanplaneten" handeln könnte, der reich an Wasser ist und sich von allen Planeten des Sonnensystems unterscheidet.
Dank verfeinerter Messungen konnten die Forscher auch zeigen, dass die Umlaufbahnen der inneren Planeten fast perfekt kreisförmig sind, ein Vorteil für zukünftige Atmosphärenbeobachtungen.
"Mit seiner Vielfalt an felsigen Welten, die wahrscheinlich eine Bandbreite von Zusammensetzungen aufweisen, ist das System L 98-59 ein einzigartiges Labor, um einige der großen Fragen unseres Fachgebiets zu erforschen: Woraus bestehen Super-Erden und Sub-Neptune? Bilden sich Planeten anders um kleine Sterne? Und können felsige Planeten um Rote Zwerge ihre Atmosphäre im Laufe der Zeit bewahren?", fügt René Doyon hinzu, Professor an der UdeM, Direktor des IREx und Mitautor der Studie.
Ein fünfter Planet in der bewohnbaren Zone
Anstatt neue Beobachtungszeit zu beantragen, nutzte das Team einen reichen Satz von Archivdaten des Weltraumteleskops TESS, der Spektrographen HARPS und ESPRESSO in Chile und des James-Webb-Weltraumteleskops.
L 98-59 f empfängt eine Energiemenge, die vergleichbar mit der ist, die die Erde von der Sonne erhält, was ihn mitten in der gemäßigten Zone (manchmal auch bewohnbare Zone genannt) platziert, wo Wasser in flüssiger Form existieren könnte.
"Einen gemäßigten Planeten in einem so kompakten System zu finden, macht diese Entdeckung besonders aufregend", betont Charles Cadieux. "Dies unterstreicht die ganze Vielfalt der exoplanetaren Systeme und verstärkt das Interesse, Studien über potenziell bewohnbare Welten um Sterne mit geringer Masse durchzuführen."
Das Unsichtbare in vorhandenen Daten enthüllen
Anstatt neue Beobachtungszeit zu beantragen, nutzte das Team einen reichen Satz von Archivdaten des Weltraumteleskops TESS, der Spektrographen HARPS und ESPRESSO in Chile und des James-Webb-Weltraumteleskops.
Die Wissenschaftler verwendeten eine innovative Analysemethode für Radialgeschwindigkeiten, die vom IREx-Team 2022 entwickelt wurde und die Genauigkeit der Daten signifikant verbessert. Indem sie auch eine neue Technik zur feinen Messung der Temperaturschwankungen des Sterns einsetzten, konnten sie das Rauschen aufgrund der Sternaktivität besser isolieren und entfernen und so die planetaren Signale mit einer nie dagewesenen Klarheit enthüllen.
Durch die Integration dieser verfeinerten Messungen in die Analyse der vom Webb-Teleskop entdeckten Transite verdoppelte das Team die Genauigkeit der Schätzungen von Masse und Radius der bekannten Planeten.
"Diese Techniken wurden entwickelt, um das gesamte verborgene Potenzial in Archivdaten auszuschöpfen", präzisiert Étienne Artigau, Forscher an der UdeM und Mitautor der Studie. "Es ist eine schöne Demonstration, dass die Verbesserung von Analyseinstrumenten es uns ermöglichen kann, die Grenzen des Wissens zu erweitern, einfach indem wir bereits verfügbare Daten neu betrachten."
Nächster Schritt: Webb
Diese Entdeckungen machen L 98-59 zu einem der interessantesten Planetensysteme in der Nähe der Erde, um die Vielfalt der felsigen Planeten zu studieren und möglicherweise nach Lebenszeichen zu suchen.
Seine Nähe, die kleine Größe seines Sterns sowie die Vielfalt der planetaren Zusammensetzungen und Umlaufbahnen machen ihn zu einem idealen System, um die Atmosphäre der Planeten mit dem James-Webb-Weltraumteleskop zu untersuchen, Beobachtungen, die übrigens bereits vom IREx-Team begonnen wurden.
"Mit diesen neuen Ergebnissen reiht sich L 98-59 in die ausgewählte Gruppe der kompakten und uns nahen Planetensysteme ein, von denen wir hoffen, ihre Geheimnisse in den nächsten Jahren zu lüften", schließt Alexandrine L'Heureux, Doktorandin an der UdeM und Mitautorin der Studie. "Es ist aufregend zu sehen, wie dieses System sich dem von TRAPPIST-1 in der Liste der Orte anschließt, die es uns ermöglichen werden, die Natur und Entstehung kleiner Planeten um Rote Zwerge besser zu verstehen."