Trappist-1-System

Eruptionen eines roten Zwergsterns könnten Leben auf Exoplaneten wahrscheinlicher machen

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Eine neue Studie zeigt, dass Ausbrüche eines Sterns einen Planeten nicht unbewohnbar machen müssen – es kann auch genau das Gegenteil passieren.

Köln – Das Planetensystem um den Stern Trappist-1 ist für die Forschung von großem Interesse: Der rote Zwergstern ist etwa vierzig Lichtjahre von der Erde entfernt und wird von sieben erdähnlichen Planeten umkreist. Geplant ist, dass die Exoplaneten in Kürze vom „James Webb“-Weltraumteleskop unter die Lupe genommen werden. Denn drei der Planeten, die sich in der sogenannten „habitablen Zone“ um den Stern befinden, könnten beste Voraussetzungen für Leben bieten – wenn da nicht die Ausbrüche ihres Sterns Trappist-1 wären.

Eruptionen, wie sie auch auf der Sonne regelmäßig zu sehen sind, gelten als große Bedrohung für Leben auf Planeten. Vor allem Planeten, die rote Zwergsterne umkreisen, sind gefährdet, da sich hier die Planeten nah am Stern befinden und von den zerstörerischen Ausbrüchen leicht getroffen werden können. Die Forschung geht davon aus, dass Ausbrüche eines Sterns dafür sorgen könnten, dass die Atmosphäre eines Planeten abgetragen wird – er wäre dann unbewohnbar.

Diese Überraschungen verbergen sich in den Bildern des „James Webb“-Teleskops

Das „James Webb“-Weltraumteleskop eröffnet mit seinen scharfen und detailreichen Bildern einen ganz neuen Blick ins Universum. (Künstlerische Darstellung)
james-webb-weltraumteleskop-nasa-esa-csa-weltraum-universum.jpg © NASA-GSFC, Adriana M. Gutierrez (CI Lab)
Der südliche Ringnebel (NGC 3132), fotografiert vom „James Webb“-Weltraumteleskop. Die rot markierte Stelle im linken Bildbereich zeigt eine Galaxie, auf deren Kante das Teleskop blickt.
Der südliche Ringnebel (NGC 3132), fotografiert vom „James Webb“-Weltraumteleskop. Die rot markierte Stelle im linken Bildbereich zeigt eine Galaxie, auf deren Kante das Teleskop blickt. © NASA, ESA, CSA, STScI
Im Zentrum des südlichen Ringnebels sollte es einen einzigen sterbenden Stern geben. Doch Dank des „James Webb“-Weltraumteleskops und seinem einzigartigen Infrarotblick weiß man nun, dass das nicht ganz stimmt: Im Zentrum des Nebels befinden sich zwei Sterne. Den zweiten Stern konnte das Weltraumteleskop nur dank seines Infrarotblicks erkennen.
Im Zentrum des südlichen Ringnebels sollte es einen einzigen sterbenden Stern geben. Doch Dank des „James Webb“-Weltraumteleskops und seinem einzigartigen Infrarotblick weiß man nun, dass das nicht ganz stimmt: Im Zentrum des Nebels befinden sich zwei Sterne. Den zweiten Stern konnte das Weltraumteleskop nur dank seines Infrarotblicks erkennen. © NASA, ESA, CSA, STScI
Stephan‘s Quintett besteht aus fünf Galaxien. Betrachtet man auf dieser scharfen „Webb“-Aufnahme des Quintetts die oberste Galaxie, kann man sogar erkennen, was in ihrem Zentrum vor sich geht: Darin befindet sich ein supermassereiches schwarzes Loch, das Materie innerhalb der Galaxie verschlingt. Von ihm gehen gewaltige Lichtmengen aus – sein Licht ist so hell, dass es die anderen Merkmale der Galaxie überstrahlt.
Stephan‘s Quintett besteht aus fünf Galaxien. Betrachtet man auf dieser scharfen „Webb“-Aufnahme des Quintetts die oberste Galaxie, kann man sogar erkennen, was in ihrem Zentrum vor sich geht: Darin befindet sich ein supermassereiches schwarzes Loch, das Materie innerhalb der Galaxie verschlingt. Von ihm gehen gewaltige Lichtmengen aus – sein Licht ist so hell, dass es die anderen Merkmale der Galaxie überstrahlt. © NASA, ESA, CSA, STScI
Das erste Bild des „James Webb“-Teleskops, das vorgestellt wurde: Ein sogenanntes Deep Field, auf dem hunderte oder gar tausende Galaxien zu sehen sind. Dank eines Mikrolensing-Effekts (die Schwerkraft eines Galaxienhaufens im Vordergrund vergrößert Galaxien im Hintergrund) kann „Webb“ so sehr alte Galaxien ablichten. Die älteste bisher auf dem Bild entdeckte Galaxie ist 13,1 Milliarden Lichtjahre entfernt.
Das erste Bild des „James Webb“-Teleskops, das vorgestellt wurde: Ein sogenanntes Deep Field, auf dem hunderte oder gar tausende Galaxien zu sehen sind. Dank eines Mikrolensing-Effekts (die Schwerkraft eines Galaxienhaufens im Vordergrund vergrößert Galaxien im Hintergrund) kann „Webb“ so sehr alte Galaxien ablichten. Die älteste bisher auf dem Bild entdeckte Galaxie ist 13,1 Milliarden Lichtjahre entfernt. © NASA, ESA, CSA, STScI
Das Spektrum des Exoplaneten Wasp-69b, das mithilfe von Daten des „James Webb“-Weltraumteleskops erstellt wurde, zeigt eindeutig: In der Atmosphäre des Gasplaneten gibt es Wassermoleküle, außerdem können Forschende die Anwesenheit von Wolken aus der Kurve herauslesen.
Das Spektrum des Exoplaneten Wasp-69b, das mithilfe von Daten des „James Webb“-Weltraumteleskops erstellt wurde, zeigt eindeutig: In der Atmosphäre des Gasplaneten gibt es Wassermoleküle, außerdem können Forschende die Anwesenheit von Wolken aus der Kurve herauslesen. © NASA, ESA, CSA, STScI
Astronominnen und Astronomen staunen über röhrenförmige Strukturen im Carinanebel (rot markiert). Was hat das „James Webb“-Teleskop hier fotografiert?
Astronominnen und Astronomen staunen über röhrenförmige Strukturen im Carinanebel (rot markiert). Was hat das „James Webb“-Teleskop hier fotografiert? © NASA, ESA, CSA, STScI
Tatsächlich liefert das „James Webb“-Weltraumteleskop nicht nur wunderschöne Bilder aus den Tiefen des Weltraums, sondern für die Forschung auch zahlreiche Daten. Im Fall des „Deep Field“-Bildes wurden etwa bereits die ersten Galaxien ausgewertet. Das Spektrum zeigt, welche Elemente „Webb“ in einer 13,1 Milliarden Jahre alten Galaxie gefunden hat.
Tatsächlich liefert das „James Webb“-Weltraumteleskop nicht nur wunderschöne Bilder aus den Tiefen des Weltraums, sondern für die Forschung auch zahlreiche Daten. Im Fall des „Deep Field“-Bildes wurden etwa bereits die ersten Galaxien ausgewertet. Das Spektrum zeigt, welche Elemente „Webb“ in einer 13,1 Milliarden Jahre alten Galaxie gefunden hat. © NASA, ESA, CSA, STScI
Auch das supermassereiche schwarze Loch, das sich in einer der Galaxien von Stephan‘s Quintett versteckt, hat „Webb“ genauer untersucht. Die Grafik zeigt die Zusammensetzung des Gases rund um das schwarze Loch.
Auch das supermassereiche schwarze Loch, das sich in einer der Galaxien von Stephan‘s Quintett versteckt, hat „Webb“ genauer untersucht. Die Grafik zeigt die Zusammensetzung des Gases rund um das schwarze Loch. © NASA, ESA, CSA, STScI
Mithilfe von „Webb“ können die Forschenden einige der ältesten jemals beobachteten Galaxien analysieren.
Mithilfe von „Webb“ können die Forschenden einige der ältesten jemals beobachteten Galaxien analysieren. © NASA, ESA, CSA, STScI

Exoplaneten im Trappist-1-System sind vielversprechend

Doch eine neue Studie zeigt nun, dass Ausbrüche eines Sterns womöglich auch das genaue Gegenteil bewirken könnten: Statt die Atmosphäre eines Planeten ins Weltall hinauszuschleudern und den Planeten unbewohnbar zu machen, könnten sie dafür sorgen, dass er bewohnbar wird und dort Leben entstehen kann.

Der Stern Trappist-1 wird von sieben erdähnlichen Planeten umkreist – drei davon befinden sich in der sogenannten „habitablen Zone“, in der flüssiges Wasser möglich ist. (Symbolbild)
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Der Stern Trappist-1 wird von sieben erdähnlichen Planeten umkreist – drei davon befinden sich in der sogenannten „habitablen Zone“, in der flüssiges Wasser möglich ist. (Symbolbild)
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Doch von vorne: Für die Studie wertete ein Forschungsteam um den Planetenwissenschaftler Alexander Grayver von der Universität Köln im ersten Schritt Daten von Ausbrüchen des Sterns Trappist-1 aus. Das mittlerweile deaktivierte Nasa-Weltraumteleskop „Kepler“ hatte über einen Zeitraum von zehn Wochen 39 sogenannte Flares von Trappist-1 aufgezeichnet. Ausgehend von diesen Flares modellierte das Team die Aktivität des roten Zwergsterns für etwa 50.000 Jahre.

Planeten im Trappist-1-System werden von 16 Flares im Jahr getroffen

Die Simulation zeigte, dass über diesen Zeitraum etwa acht Prozent der Ausbrüche von Trappist-1 einen Teil der Planeten treffen – umgerechnet sind das etwa 16 Treffer pro Erdenjahr. Auf lange Sicht absorbiert das Innere des Planeten so genug Energie, um den äußeren Mantel zu erwärmen, stellten die Forschenden fest.

Das funktioniert dem Forschungsteam zufolge jedoch nur, wenn der Planet, der von seinem Stern bombardiert wird, ein Magnetfeld wie die Erde hat: Das Magnetfeld schützt die Atmosphäre davor, weggeblasen zu werden und sorgt dafür, dass mögliche Lebewesen auf der Oberfläche vor der schlimmsten Strahlung abgeschirmt werden.

Gleichzeitig kann das Magnetfeld dafür sorgen, dass der Planet noch mehr erwärmt wird. Doch es gibt einen Haken an der Sache: „Gegenwärtig gibt es keine Informationen über die Existenz oder die Stärke eines intrinsischen Magnetfelds für einen Trappist-1-Planeten“, schreiben die Forschenden in ihrer Studie, die im Fachjournal Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde.

Geologische Prozesse auf Exoplaneten könnten von Flares angetrieben werden

Aber auch ohne ein Magnetfeld könnte genug Wärme erzeugt werden, um die Konvektion im Planetenmantel anzutreiben. Konvektion beschreibt den Prozess, bei dem heißeres Material im Inneren des Planeten aufsteigt, während kühleres Material absinkt. Auf der Erde treibt dieser Prozess die Plattentektonik an – oder wie es Grayver und sein Team formulieren: „Letztlich ist es diese Energie, die geologische Prozesse antreibt“.

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Aktive geologische Prozesse – dazu zählen unter anderem Plattentektonik, hydrothermale Systeme und Vulkane – sind einerseits Energiequellen und machen andererseits wichtige Nährstoffe für Lebewesen zugänglich. Auf einem geologisch toten Planeten können sich Personen, die sich mit Astrobiologie beschäftigen, die Entstehung von Leben nur schwer vorstellen. Aus diesem Grund ist die Studie eine gute Nachricht für das Planetensystem Trappist-1. (tab)

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