Den bewohnbaren Planeten auf der Spur

Bei der Suche nach Planeten, auf denen Leben existieren könnte, ist einem internationalen Forscherteam mit ETH-Beteiligung ein entscheidender Schritt gelungen. Wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kürzlich in der Fachzeitschrift externe Seite «Nature Communications» berichtet haben, fanden sie beim Sternensystem Alpha Centauri, das nur gerade 4,4 Lichtjahre von uns entfernt ist, Hinweise auf einen Neptun-grossen Planten, der sich in einem Gebiet befindet, in dem die Voraussetzungen für Leben erfüllt sein könnten. Dabei gelang es den Forschenden, Messdaten mit einer bisher unerreichten Empfindlichkeit zu erheben und damit auch sehr schwache Signale zu registrieren.

Die Erde als Störfaktor

Mit dem neuen Verfahren rückt ein Hauptziel der Exoplaneten-Forschung näher: Das Aufspüren von erdähnlichen Planeten, auf denen Leben existieren könnte. Wenn es gelingt, Planeten direkt abzubilden, erhält man Informationen über die Zusammensetzung ihrer Atmosphäre und findet möglicherweise sogar Anzeichen von Leben. Allerdings hat man mit direkten Messungen bisher hauptsächlich Exoplaneten gefunden, die deutlich heller sind als erdähnliche Planeten. Sie sind grösser als Jupiter und kreisen auf weiten Umlaufbahnen um sehr junge Sterne. Diese Planeten befinden sich also ausserhalb des bewohnbaren Gebietes, in dem es flüssiges Wasser geben kann.

Dass die Suche nach erdähnlichen Planeten bisher erfolglos blieb, liegt zum Teil daran, dass man im nahen Infrarotbereich nach ihnen gesucht hat. Erdähnliche Planten, auf denen es Wasser geben könnte, leuchten jedoch im mittleren Infrarotbereich am stärksten. Doch just dort sind Messungen mit normalen Teleskopen schwierig, weil die Erde und ihre Atmosphäre eben auch in diesem Wellenbereich am stärksten leuchten. Die schwachen Lichtsignale der Exoplaneten werden in diesem Bereich also von einem besonders starken Hintergrundsignal übertönt.

100 Stunden Messzeit

In der neuen Studie gelang es den Forschenden nun, diese Schwierigkeit zu überwinden und Messungen im mittleren Infrarotbereich durchzuführen. Sie haben dazu mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile das Umfeld der beiden Sterne Alpha Centauri A und B im Laufe eines Monats während insgesamt fast 100 Stunden ins Visier genommen. «Dass wir das Teleskop für eine derart lange Messzeit auf den gleichen Stern richten konnten, ist sehr aussergewöhnlich», erklärt Anna Boehle, Postdoktorandin in der Gruppe von ETH-Professor Sascha Quanz. Als Zweitautorin der Studie war sie an der Auswertung der Daten massgeblich beteiligt. «Wir haben insgesamt mehr als 5 Millionen Bilder ausgewertet», hält die Forscherin fest.

Um die schwachen Signale von potenziellen Planeten erkennen zu können, haben die Forschenden nicht nur eine grosse Datenmenge verarbeitet, sondern auch zwei raffinierte Messtechniken eingesetzt: Zum einen haben sie einen neuen adaptiven Sekundärteleskopspiegel verwendet, der die Verzerrung des Lichts durch die Erdatmosphäre korrigiert; zum anderen blockierten sie mit einem sogenannten Koronografen in sehr kurzen Abständen abwechselnd das Licht des einen Sterns. Damit konnten sie das Signalrauschen weiter reduzieren und gleichzeitig das Umfeld beider Sterne untersuchen.

Anzeichen eines Planeten

«Unsere Ergebnisse zeigen nun, dass wir mit diesem Vorgehen prinzipiell in der Lage sind, kleinere Gesteinsplaneten zu entdecken, auf denen es Leben geben könnte», erklärt Boehle. «Das ist eine markante Verbesserung zu den bisherigen Beobachtungsmethoden.» Tatsächlich haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ihren Daten ein Lichtsignal entdeckt, das von einem Neptun-grossen Planeten stammen könnte. «Ob dieses Signal tatsächlich von einem Planeten stammt, müssen wir nun mit weiteren Studien verifizieren», sagt die Astrophysikerin. «Dazu möchten wir die Infrarotmessungen mit anderen Messmethoden kombinieren.»