“Cool KOI” klingt wie der Name eines komischen Rappers. Es ist aber ein astronomischer Fachbegriff. “KOI” steht für “Kepler Object of Interest”; also die Sterne, die vom Weltraumteleskop Kepler beobachtet werden. Und die kühlen KOIs sind die kleinen Sterne; die kühlen, rot leuchtenden M-Zwerge. Diese roten Zwerge machen die absolute Mehrheit der Sterne in unserer Milchstraße aus. Ungefähr 70 Prozent aller Sterne sind rote Zwerge. Und sie verraten uns viel darüber, wie viele Planeten es im Universum gibt!

Jonathan Swift (der Astronom, nicht der Schriftsteller aus dem 17. Jahrhundert) vom CalTech und seine Kollegen haben das Planetensystem des Sterns Kepler-32 ganz genau unter die Lupe genommen (“Characterizing the Cool KOIs IV: Kepler-32 as a prototype for the formation of compact planetary systems throughout the Galaxy”. Der Stern ist ein roter Zwerg und wird von 5 Planeten umkreist. Das konnten Swift und seine Kollegen durch Beobachtungen von der Erde aus bestätigen. Bisher war man sich bei nur zwei Planeten sicher, dass sie existieren. Nun weiß man, dass dort tatsächlich gleich 5 Stück ihre Runden um den Stern ziehen. So sieht das System laut Swift et al aus:

Man sieht gleich, dass dieses System nicht unbedingt unserem eigenen Sonnensystem gleicht. Die fünf Planeten drängen sich um den Stern. Sind alle ihrem Stern wesentlich näher als der Merkur unserer Sonne. Der sonnennächste Planet hat einen Abstand von 0,38 Astronomischen Einheiten (die Erde hat einen Abstand von einer Astronomischen Einheit). Bei Kepler-32 befinden sich alle fünf Planeten innerhalb eines Radius von nur 0,13 Astronomischen Einheiten. Die Planeten selbst sind ungefähr so groß wie die Erde (im Bild sind sie im Vergleich zum Maßstab der Bahnen 80 Mal größer eingezeichnet). Der innerste Planet ist ein wenig kleiner als die Erde, die äußeren sind größer; der größte Planet ganz außen ist dreimal so groß wie unser Planet.

Die Bahnen sind auch bei genauerer Betrachtung interessant. Die Umlaufzeiten der drei mittleren Planeten zeigen eine Resonanz. Der dritte Planet braucht für einen Umlauf um den Stern genau doppelt so lang wie der zweite Planet. Und während der zweite Planet genau drei Umläufe macht, absolviert der vierte Planet zwei Runden. Solche Resonanzen sind äußerst interessant (ich habe das hier genauer erklärt). In diesem Fall deuten sie darauf hin, dass die Planeten nicht dort entstanden sind, wo sie sich jetzt befinden, sondern weiter entfernt vom Stern und erst später dorthin gewandert sind. Um das zu untersuchen, haben sich Swift und seine Kollegen auch die Entstehungsmechanismen der Planeten genauer angesehen. Die Ergebnisse sind in diesem Bild aus ihrem Artikel zusammengefasst:

Schauen wir zuerst auf die violetten Kreise. Das sind die Planeten von Kepler-32. Das Diagramm zeigt, wie weit sie vom Stern entfernt sind (x-Achse, in Astronomischen Einheiten) und wie groß ihre Masse ist (y-Achse, in Einheiten der Erdmasse). Die leeren Kreise zeigen all die anderen Planeten, die Kepler bis jetzt um rote Zwerge gefunden hat. Die Linien, die mit “detection limit” und “Kepler observing baseline” beschriftet sind, zeigen den Bereich, den Kepler theoretisch beobachten kann. Rot eingefärbt ist der Bereich, der vom Stern selbst eingenommen wird. Interessant sind die beiden vertikalen Linien die mit “dust sublimation radius” beschriftet sind. Sie zeigen den Bereich an, der zur Zeit der Planetenentstehung durch die Strahlung des Sterns so heiß war, dass in ihm kein Staub existieren konnte. Denn ursprünglich war der Stern ja von einer großen Scheibe aus Staub und Gas umgeben, aus der die Planeten entstanden sind. Allerdings nicht innerhalb des “dust sublimation radius”. Dort war es zu heiß. Die schrägen Linien zeigen verschiedene Modelle zur Berechnung der “Islotationsmasse” an. Simpel gesagt ist das die Masse an Gas und Staub, die an einer bestimmten Stelle des Planetensystems für den Bau von Planeten zur Verfügung steht. Und hier sieht man ganz deutlich, dass alle drei Modelle Werte liefern, die viel zu gering sind, um die beobachteten Planeten entstehen zu lassen. Sie müssen also tatsächlich weiter draußen entstanden sein und sind erst später näher an den Stern heran gewandert.

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Kommentare (32)

  1. #1 2002EL6
    8. Januar 2013

    Die ‘Planet-Hunter’ https://www.zooniverse.org/project/planethunters konnten gestern auch ihre zweite offizielle Planetenentdeckung feiern und 42 Kandidaten ankündigen: http://blog.planethunters.org/2013/01/07/a-newly-confirmed-planet-and-42-additional-planet-candidates/ Ein Projekt, bei dem man mitarbeiten kann und bei dem sogar was rauskommt!

    Gruß
    André

  2. #2 MadManniMan
    Jena
    8. Januar 2013

    Kleiner Typo:

    “Das Ergebnis ist beeindruckend. Im Durchschnitt hat jeder Stern einen Planeten. Und bei 100 bis 200 Milliarden Sternen in der Milchstraße sind das 100 bis 200 Millionen Planeten!”

    Da fehlen ein paar Größenordnungen 😉

  3. #3 Florian Freistetter
    8. Januar 2013

    Danke!

  4. #4 Jan W.
    8. Januar 2013

    Du schreibst “Aber auch die Kandidaten (von denen die meisten wohl tatsächlich Planeten sein werden) erlauben interessante Statistiken.”. Wie viele der Planetenkandidaten werden denn verworfen und wie viele bestätigt, weißt Du das?

    Grüße
    Jan

  5. #5 Bullet
    8. Januar 2013

    @Florian:

    Der dritte Planet braucht für einen Umlauf um den Stern genau doppelt so lang wie der zweite Planet. Und während der zweite Planet genau drei Umläufe macht, absolviert der dritte Planet zwei Runden.

    Da ist auch noch irgendwas mit den Zahlen kaputt.

  6. #6 Stefan K
    8. Januar 2013

    Hab ich zwar schon mal gemacht, aber gute Arbeit verdient auch Anerkennung. Danke Florian für die jedesmal so tollen Erklärungen zu den diversen Diagrammen und Skizzen. Das ermöglicht mir als Laien endlich, aus diesen Diagrammen auch die Information zu gewinnen, die sie enthalten. ( Im aktuellen Fall das erste Diagramm, die anderen hätte ich gerade noch so auch ohne Erklärung verstanden 😉 ). In diesem Sinne, ein großes Danke für deinen Beitrag zu (meine)r Allgemeinbildung!!

  7. #7 Florian Freistetter
    8. Januar 2013

    @Christian: “Wie soll dieses System 10 Milliarden Menschen mit den Lebesstandards eines Wessis versorgen? “

    Schon Malthus hat damals behauptet, die Welt können niemals so viele Menschen ernähren, wie es heute gibt. Aber er hat halt nicht damit gerechnet, dass wir die moderne Landwirtschaft erfinden. Wer weiß, was die Zukunft bringt.

    “Habt ihr bessere Lösungsvorschläge?.”

    So ziemlich alles ist besser als ne Weltdiktatur die den Menschen vorschreibt, wie sie sich fortpflanzen sollen.

  8. #8 Florian Freistetter
    8. Januar 2013

    @Jan W: “Wie viele der Planetenkandidaten werden denn verworfen und wie viele bestätigt, weißt Du das?”

    Sorry, das weiß ich nicht. Vielleicht liest ja Ludmila zufällig mit, die sollte das wissen.

  9. #9 Alderamin
    8. Januar 2013

    @Jan W

    Bei Sky&Telescope steht, ca. 98% der Kandidaten könnten echt sein. Und zwar aus einer Liste von ca. 15850 Signalen (die den Mindeststandard von Kepler erfüllen: “Threshold Crossing Events” mit drei periodische Helligkeits-Dips oberhalb des Rauschens; die 2740 oben im Text genannten sind offenbar schon besser verifiziert).

    Darunter sind 262 Planeten zwischen Mars- und Supererdengröße in der habitablen Zone und 23 davon echte Erden (von der Größe her). Wenn man bedenkt, dass Kepler nur einen Ausschnitt der Milchstraße im Schwan beobachtet (ca. 200.000 Sterne, wovon die wenigsten in der richtigen Orientierung liegen, um überhaupt Transits sichtbar zu machen), dann ist das schon beeindruckend.

    Bestätigt ist keiner von denen. Das macht man, so viel ich weiß, durch Messungen der Radialgeschwindigkeit von der Erde aus. Das kann Jahrzehnte dauern. Man wird sich sicherlich die interessantes Kandidaten zuerst vornehmen.

  10. #10 Alderamin
    8. Januar 2013

    “die interessantesten” sollte es natürlich heißen.

  11. #11 Alderamin
    8. Januar 2013

    @Jan W

    Laut Daniel Fischer sind es 10-15% falsche Positive, also 85-90% echte Planeten. Die 98% S&T scheinen mir auch ein wenig optimistisch, vermutlich war damit etwas anderes gemeint.

  12. #12 Thomas A
    Wien
    8. Januar 2013

    Wens genauer interessiert
    http://arxiv.org/abs/1301.0842

    We find that the global false positive rate of Kepler is 9.4 %, peaking for giant planets (6-22 Earth radii) at 17.7 %, reaching a low of 6.7 % for small Neptunes (2-4 Earth radii), and increasing again for Earth-size planets (0.8-1.25 Earth radii) to 12.3 %.

  13. #13 frantischek
    8. Januar 2013

    Und wenn man nix gegen optimistische Schätzungen hat:
    http://scienceblogs.com/startswithabang/2013/01/05/how-many-planets-are-in-the-universe/

    You may have read this week that there are at least 100-to-200 billion planets in our Milky Way, and that’s true, but that’s not an estimate; that’s a lower limit. If you instead were to make an estimate, you’d get a number that’s at least one (and more like two, if you’re willing to make inferences about outer planets) orders of magnitude higher: closer to ten trillion planets in our galaxy, alone!

  14. #14 Alderamin
    8. Januar 2013

    @frantischek

    Na ja, man sieht im Transit ja nur die engsten Planeten, wenn der Sichtwinkel nicht exakt passt und Kepler kann drei Helligkeitsdips auch nur dann in seiner bisher dreijährigen Mission sehen, wenn die Umlaufzeit kleiner als 1,5 Jahre ist. Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun hätte Kepler aus der Ferne im Umlauf um die Sonne nicht entdeckt. Merkur, Venus und die Erde schon. Den Effekt durhc den Sichtwinkel kann man leicht hochrechnen, den durch die langen Umlaufzeiten nicht so leicht weil uns die Statistik für solche Planeten noch fehlt und wohl auch noch sehr lange fehlen wird, was Planeten wie Uranus und Neptun angeht. Aber bzgl. der Planeten in der habitablen Zone gibt’s glücklicherweise schon die ersten Zahlen.

    Daniel hat in dem Artikel, den ich oben verlinkt hatte, auch die 18000 (reduziert: 15850) “Threshold Crossing Events” angesprochen und da soll die Unsicherheit tatsächlich um die 50% liegen. Der S&T-Bericht ist da sehr missverständlich.

  15. #15 Andreas
    8. Januar 2013

    Was ist eigentlich gemeint, wenn es heißt: “Planet A ist x mal so große wie Planet B”. Ist damit der Duchmesser gemeint, das Volumen oder macht das jeder wie er will?

  16. #16 Florian Freistetter
    8. Januar 2013

    @Andreas: “Was ist eigentlich gemeint, wenn es heißt: “Planet A ist x mal so große wie Planet B”

    In diesem Fall die Größe. Da Kepler Transits misst, kann er nur den Radius der Sterne bestimmen und nicht die Masse.

  17. #17 Andreas
    8. Januar 2013

    @Florian: Mir geht es um die Dimension der Größe, also Längenmaß oder Raummaß. Ein Planet mit x-fachem Durchmesser ist ja deutlich größer einer mit x-fachem Volumen. Mir ist in vielen Artikeln nicht klar, welche Größe gemeint ist. Kann ich davon ausgehen, dass in der Regel das Volumen gemeint ist, weil Planeten nun mal dreidimensionale Körper sind?

  18. #18 Alderamin
    8. Januar 2013

    @Andreas

    Es ist so viel ich weiß immer der Durchmesser gemeint, nicht das Volumen.

  19. #19 Florian Freistetter
    8. Januar 2013

    @Andreas: “Kann ich davon ausgehen, dass in der Regel das Volumen gemeint ist, weil Planeten nun mal dreidimensionale Körper sind?”

    In der Regel ist der Radius gemeint. Radius und Masse, dass sind die beiden typischen Größen, die man bei Exoplaneten angibt. Das Volumen eher nicht.

  20. #20 hummlbach
    9. Januar 2013

    Und bald sind wir in der Lage, auch sie alle zu beobachten. Ich bin enorm gespannt, was wir dabei lernen werden…

    @Florian:
    Meinst Du alle deren Bahnen nicht zu sehr geneigt ist oder meinst Du wirklich alle (also gehst Du davon aus, dass man auch Planeten mit einer zur Sichtlinie senkrechten Bahn bald beobachten kann [- gibts dazu schon Ideen])?

  21. #21 Florian Freistetter
    9. Januar 2013

    @hummlbach: “Meinst Du alle deren Bahnen nicht zu sehr geneigt ist oder meinst Du wirklich alle (also gehst Du davon aus, dass man auch Planeten mit einer zur Sichtlinie senkrechten Bahn bald beobachten kann”

    Naja, ich meine nicht “beobachten” im Sinne von “direkt abbilden”. Sondern detektieren. Und da gibts ja verschiedene Methoden, die alle Möglichkeiten abdecken.

  22. #22 hummlbach
    9. Januar 2013

    Naja, ich meine nicht “beobachten” im Sinne von “direkt abbilden”.
    Klar.
    Und da gibts ja verschiedene Methoden, die alle Möglichkeiten abdecken.
    Ah okay… astrometrische Methode sagt wikipedia – also relative Entfernung der Sterne zu einander…(?) abgefahren…

  23. #23 hummlbach
    9. Januar 2013

    -relative

  24. #24 Olaf aus HH
    Hamburg, D, Europa, Erde, ...
    11. Januar 2013

    Ob das hier außerhalb des Thenas liegt, weiß ich nicht – dennoch: Was ist hiervon zu halten ?:

    http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/quasar-gruppe-forscher-entdecken-groesstes-objekt-des-universums-a-877052.html

    http://arxiv.org/abs/1211.6256

    Es klingt schon gewaltig – oder nicht ?

  25. #25 Florian Freistetter
    11. Januar 2013

    Olaf: Tja, das ist Forschung. Immer wieder entdeckt man was neues! Bin grad unterwegs und werd erst am Sonntag kommen, mir das genauer anzuschauen. Aber dann schreib ich vielleicht was drüber.

  26. #26 Olaf aus HH
    11. Januar 2013

    Ah ja – Sie waren ja gerade hier iim Norden n der Nähe (Mölln) unterwegs.
    Über einen Beitrag zu dieser möglicherweise eigenartigen Konstellation unds ihrer Mechanik etc. würde ich mich sehr freuen (wenn es sich denn für Sie lohnt, überhaupt darüber zu schreiben, weil/ wenn es von Bedeutung ist – bei SPON ist das nicht immer so klar…).
    😉

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