“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.
Das detailliert untersuchte System von Kepler-32 begeistert die Wissenschaftler. Ein Ko-Autor der Arbeit, John Johnson, nennt es sogar einen “Rosetta-Stein”, mit dem es möglich ist, die allgemeinen Prinzipien der Planetenentstehung zu entschlüsseln. Eben weil die große Mehrheit aller Sterne in der Galaxis rote Zwerge sind, muss man sich auch an den roten Zwergen orientieren, wenn man allgemeine Schlüsse ziehen will. Unser Sonnensystem mit seinem großen, gelben Stern gehört zu einer Minderheit. “It’s just a weirdo”, sagt Johnson…
Swift und seine Kollegen haben sich daher angesehen, wie typisch das System von Kepler-32 tatsächlich ist und haben es mit den anderen bekannten Planetensystemen bei roten Zwergen verglichen. Bis jetzt kennt man 100 Planeten in 66 Systemen. 48 davon umkreisen ihren Stern alleine, 7 sind zu dritt, 3 zu viert und Kepler-32 ist das einzige System mit 5 Planeten. Aber man hat sicherlich auch Planeten übersehen. Ist die Bahn eines Planeten zu stark geneigt, dann kann Kepler ihn nicht mehr finden, denn da zieht er von uns aus gesehen nicht mehr direkt vorm Stern vorbei und verdeckt dessen Licht. Ist der Planet zu weit vom Stern entfernt, dann braucht er für eine Umkreisung zu lange und Kepler hat ihn noch nicht gefunden. Die Astronomen haben all das berücksichtigt und anhand der bekannten Daten hochgerechnet, wie viele Planeten wirklich da draußen sind. 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 Milliarden Planeten! Das passt auch gut zu früheren Ergebnissen, bei denen man mit ganz anderen Methoden zu sehr ähnlichen Ergebnissen gekommen ist.
Und gerade als ich gestern den Artikel von Swift et al gelesen habe, hat das Kepler-Team ganz neue Daten veröffentlicht und ihre aktuellesten Entdeckungen präsentiert. Seit dem letzten Update sind 461 neue Planeten-Kandidaten dazu gekommen und Kepler steht nun bei einer Gesamtzahl von 2740 Planeten-Kandidaten. Kandidaten! Das wird immer gern mal unterschlagen. Was Kepler entdeckt hat, sind mögliche Planeten, die erst bestätigt werden müssen. Die Zahl der tatsächlichen Planeten, die Kepler bis jetzt gefunden hat, ist 105. Aber auch die Kandidaten (von denen die meisten wohl tatsächlich Planeten sein werden) erlauben interessante Statistiken.
Hier sieht man, wie viele Planeten einer bestimmten Größe man nun kennt und wie sich die Zahlen verändert haben. Besonders der Zuwachs bei den erdgroßen Planeten ist beeindruckend. Aber auch logisch. Denn die kleinen Planeten sind schwer zu finden. Je länger man beobachtet, desto mehr wird man finden. Sehr schön ist auch dieses Diagramm, das zeigt, wie viel Prozent der Sterne mindestens einen Planeten einer bestimmten Größe haben:
17 Prozent der Sterne haben einen Planeten, der so groß ist wie die Erde. Dabei sind aber nur die Planeten berücksichtigt, die höchstens 86 Tage für einen Umlauf brauchen; ihrem Stern also sehr nahe sind. Es wird auch jede Menge Planeten geben, die weiter entfernt vom Stern sind. Bis wir die finden, müssen wir aber noch ein wenig länger beobachten.
Die Planeten sind also wirklich überall. Und je länger wir beobachten, je besser unsere Instrumente werden, desto mehr werden wir entdecken. Ich finde das enorm faszinierend. Man muss sich nur mal ansehen, was wir in den letzten 100 Jahren aus der Beobachtung der Milliarden Sterne über das Universum gelernt haben. Heute wissen wir, dass es da draußen genau so viele Planeten gibt. Und bald sind wir in der Lage, auch sie alle zu beobachten. Ich bin enorm gespannt, was wir dabei lernen werden…
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