Der Rote Zwerg Barnards Stern liegt nur rund sechs Lichtjahre von uns entfernt – nur Proxima und Alpha-Centauri sind näher. Jetzt haben Astronomen um diesen kühlen, kleinen Zwergstern einen kleinen Exoplaneten nachgewiesen. Dieser Barnard b getaufte Planet hat nur rund ein Drittel der Masse unserer Erde und umkreist seinen Stern innerhalb von 3,15 Tagen. Damit liegt sein Orbit sternwärts der habitablen Zone, wahrscheinlich herrscht auf seiner Oberfläche eine Temperatur von rund 125 Grad Celsius, wie die Astronomen berichten. Neben Barnard b haben sie die möglichen Signaturen von drei weiteren Planetenkandidaten in engen Orbits um Barnards Stern entdeckt. Nicht bestätigen konnten sie hingegen eine im Jahr 2018 postulierte Supererde mit einer Umlaufzeit vom 233 Tagen.
Rote Zwergsterne sind in unserer Milchstraße der häufigste Sternentyp. Diese kleinen, relativ kühlen Sterne machen im Umkreis unseres Sonnensystems sogar rund 80 Prozent aller Sterne aus, wie Beobachtungen zeigen. Um einige dieser Nachbarsterne haben Astronomen auch schon Exoplaneten entdeckt. So wird unser nächster Nachbar, der rund vier Lichtjahre entfernte Rote Zwerg Proxima Centauri, von gleich drei Planeten umkreist, der rund 40 Lichtjahre entfernte Rote Zwerg TRAPPIST-1 hat sogar sieben erdähnliche Trabanten. Meist wurden diese Planeten mithilfe der sogenannten Radialgeschwindigkeitsmethode entdeckt. Dabei verraten periodische Verschiebungen im Lichtspektrum des Sterns, dass dessen Bewegung von der Schwerkraft eines oder mehrerer Begleiter beeinflusst wird. „Weil M-Zwerge kühler, weniger hell und weniger massereiche sind als sonnenähnliche Sterne und ihre habitable Zone auch näher am Stern liegt, sind sie ideale Ziele für eine Planetensuche mittels Radialgeschwindigkeit“, erklären Jonay González Hernández vom Astrophysikalischen Institut der Kanaren und seine Kollegen.
Hat der sonnennächste Einzelstern Planeten?
Trotz dieser eigentlich günstigen Voraussetzungen hat es sich aber als schwierig erwiesen, Planeten um Barnards Stern aufzuspüren. Dieser ist der sonnennächste Einzelstern und der zweitnächste Stern nach dem Proxima-Alpha-Centauri-Dreifachsystem. Im Jahr 2018 schienen Astronomen dann endlich fündig geworden zu sein: Im Spektrum des Sterns entdeckten sie eine wiederkehrende Verschiebung, die auf die Präsenz einer Supererde mit einer Umlaufperiode von rund 233 Tagen hindeutete. Allerdings konnten weitere Beobachtungen diesen Fund nicht eindeutig bestätigen. Zudem ließ sich nicht ausschließen, dass die beobachtete Spektralsignatur nur auf die Aktivität des Roten Zwergs statt auf den Schwerkrafteinfluss eines umkreisenden Planeten zurückging. Um mehr Klarheit zu schaffen, haben González Hernández und sein Team nun Barnards Stern noch einmal mit dem hochauflösenden ESPRESSO-Spektrografen am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) ins Visier genommen. Um möglichst präzise Daten zu gewinnen, kann das Licht von bis zu vier der großen Spiegelteleskope des Observatoriums synchronisiert und in dieses Instrument eingespeist werden.
Für ihre Studie werteten die Astronomen insgesamt 157 ESPRESSO-Beobachtungen aus, die zwischen Mai 2019 und Juli 2023 von Barnards Stern gemacht wurden. Zusätzlich nutzten sie die Daten weiterer astronomischer Instrumente am La-Silla-Observatorium in Chile sowie dem Calar-Alto-Observatorium in Spanien. „Auch wenn es lange gedauert hat, waren wir immer zuversichtlich, dass wir etwas finden würden“, sagt González Hernández. Tatsächlich zeigten die computergestützten Auswertungen im Lichtspektrum von Barnards Stern gleich mehrere auffällige Signale. Die deutlichsten periodischen Verschiebungen wiederholten sich dabei in einem Abstand von rund 3,15 Tagen. Nach näherer Überprüfung und einem Abgleich mit der Aktivität des Sterns kommen die Astronomen zu dem Schluss, dass dieses Signal von einem Exoplaneten stammen muss. „Wir haben es als Planetensignal bestätigt”, schreiben González Hernández und sein Team.
(Video: ESO)Ein planetares Leichtgewicht und drei weitere Kandidaten
Nach den Berechnungen der Astronomen ist der Barnard b getaufte Planet rund ein Drittel so schwer wie die Erde. „Barnard b ist einer der masseärmsten bekannten Exoplaneten und einer der wenigen, deren Masse geringer ist als die der Erde“, erklärt González Hernández. Allerdings ist dieser kleine Gesteinsplanet wahrscheinlich nicht lebensfreundlich. Mit einer Umlaufzeit von nur 3,15 Tagen und einem Abstand von rund 0,019 astronomischen Einheiten zum Stern ist er diesem etwa 20-mal näher als der Merkur der Sonne. „Selbst wenn der Stern etwa 2500 Grad kühler ist als unsere Sonne, ist der Planet zu heiß, um flüssiges Wasser auf der Oberfläche zu ermöglichen“, sagt González Hernández. Das Team schätzt, dass die mittlere Oberflächentemperatur auf Barnard b etwa bei 125 Grad Celsius liegt – Wasser würde demnach verdampfen.
Doch dieser neu entdeckte Exoplanet ist wahrscheinlich nicht der einzige Trabant um Barnards Stern: Die Astronomen haben noch drei weitere potenzielle Planetensignaturen im Spektrum des Roten Zwergs entdeckt. Sie deuten auf Exoplaneten mit Umlaufzeiten von 2,34 Tagen, 4,12 Tagen und 6,74 Tagen hin. Allerdings konnten González Hernández und sein Team diese Planetenkandidaten bisher nicht durch ihre Messungen bestätigen. „Um die Präsenz eines solchen kompakten Vier-Planeten-Systems um Barnards Stern zu bestätigen, bräuchten wir viele weitere ESPESSO-Beobachtungen“, erklären sie. Eindeutiger fiel dagegen ihre Überprüfung der potenziellen Supererde mit 233 Tagen Umlaufzeit aus, die 2018 für Aufsehen sorgte. „Die Qualität der ESPRESSO-Radialgeschwindigkeitsdaten müssten es uns erlaubt haben, das starke Signal eines solchen Planeten klar zu detektieren“, erklären die Astronomen. Doch das war nicht der Fall. Daher schließen sie die Existenz einer solchen Supererde im weiten Orbit um Barnards Stern aus – die zuvor detektierten spektralen Verschiebungen gehen ihnen zufolge auf die Sternaktivität zurück.
Quelle: Jonay González Hernández (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa) et al., Astronomy and Astrophysics, doi: 10.1051/0004-6361/202451311
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