K2 18 Datenbanklinks zu Stern Aufnahme des Sterns durch SDSS Bildmitte AladinLiteBeobachtungsdatenÄquinoktium J2000 0 Ep

K2-18 ist ein Roter Zwerg in einer Entfernung von 124 Lichtjahren von der Erde. In der habitablen Zone dieses Sterns wurde im Jahr 2015 mithilfe des Weltraumteleskops Kepler ein Exoplanet im Format einer sogenannten Supererde oder eines Mini-Neptuns entdeckt, der die Bezeichnung K2-18b erhielt. 2019 konnten anhand von Messungen des Hubble-Weltraumteleskops, sowie von zusätzlichen Daten der Kepler- und Spitzer-Weltraumteleskope, starke Hinweise Wasserdampf in der Atmosphäre dieses Planeten nachgewiesen werden, womit es der erste Exoplanet mit bekanntem Wasservorkommen wäre, das auch in flüssiger Form vorliegen könnte. Im Jahr 2023 konnten mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops weitere spektroskopische Messungen der Atmosphäre vom Planeten durchgeführt werden, wobei weitere Substanzen wie Methan und Kohlendioxid entdeckt wurden jedoch überraschenderweise ohne klares Signal einer Wassersignatur.

Zentralstern Bearbeiten

Der Zentralstern K2-18 ist ein im Vergleich zur Sonne sehr leuchtschwacher Roter Zwerg. Seine Masse beträgt etwa 0,4 bis 0,5 Sonnenmassen und sein Radius etwa 0,35 bis 0,45 Sonnenradien. Die Spektralklasse beträgt M2.5 V. Durch die deutlich geringere Masse und langsamere Kernfusion wird dieser Stern ein deutlich höheres Alter als die Sonne erreichen. Derart kleine Sterne tendieren jedoch zu deutlich stärkeren Strahlungsausbrüchen, weshalb gemäß aktuellem Forschungsstand umstritten ist, ob sie lebensfreundliche Bedingungen auf Planeten ermöglichen können (siehe dazu auch Roter Zwerg#Planeten).

Planet K2-18 b Bearbeiten

Der Planet K2-18 b befindet sich etwa 0,14 AE entfernt vom Zentralstern und umläuft ihn in 33 Tagen. Da der Stern deutlich kleiner als die Sonne ist, befindet sich der Planet in der habitablen Zone mit einer Gleichgewichtstemperatur von 284 ± 15 K. Masse und Radius konnten bestimmt werden aufgrund der Tatsache, dass der Planet mittels Transitmethode wie auch mittels Radialgeschwindigkeitsmethode detektiert werden konnte. Er hat in etwa die 7- bis 10-fache Erdmasse und den 2,7-fachen Radius der Erde. Daraus ergibt sich eine im Vergleich zur Erde deutlich niedrigere Dichte um 2,3 g/cm³. Aufgrund der hohen Masse und der geringen Dichte wird er sich in vielen Eigenschaften deutlich von ihr unterscheiden und möglicherweise eher mit kleinen Gasplaneten wie Uranus und Neptun vergleichbar sein. In der Atmosphäre des Exoplaneten konnten 2019 neben Wasserdampf auch Wasserstoff und Helium nachgewiesen werden. Basierend auf diesen Daten dürfte die Atmosphäre deutlich dichter als diejenige der Erde sein. Entsprechend wäre gemäß Interpretation der Daten von 2019 zwar anzunehmen, dass der nachgewiesene Wasserdampf kondensiert und als Regen fällt; er sich aber wahrscheinlich in tieferen Atmosphärenschichten wieder aufwärmt und die Tropfen verdunsten. An der Planetenoberfläche würde entsprechend ein hoher Druck erwartet, der mehrere Millionen Mal so hoch ist wie derjenige auf der Erde.

Spektrum der Atmosphäre von K2-18 b vermessen durch das James-Webb-Weltraumteleskop

2023 wurde bei weiteren Untersuchungen durch das neue James-Webb-Weltraumteleskop Methan in der Planetenatmosphäre festgestellt (Sicherheit von knapp 5σ). Auch dürfte die Atmosphäre Kohlenstoffdioxid enthalten (um die 3σ). Während basierend auf den Daten von 2019 angenommen werden konnte, dass flüssiges Wasser wegen der dichten Atmosphäre und dem hohen Druck möglicherweise verdunstet bevor es die Oberfläche erreicht, so deuten die neueren Daten nun wieder auf bessere Chancen für einen riesigen, weltumspannenden Ozean in einer wasserstoffreichen Atmosphäre. Diese exotischen Bedingungen machen K2-18 b zu einem der ersten Kandidaten für die vorgeschlagene Planetenklasse der Hycean-Planeten. Es bleibt jedoch unklar, weshalb die Studie 2023 keine eindeutigen Hinweise auf Wasser fand, während das bei der Studie 2019 der Fall war. Weitere Folgeuntersuchungen werden nötig sein. Zusätzlich zeigen sich in der Studie 2023 Hinweise auf Dimethylsulfid in der Atmosphäre von K2-18b. Der Nachweis von Dimethylsulfid wäre interessant, da dieser Stoff auf der Erde durch biologische Prozesse entsteht. Es würde sich dabei also um einen ersten, indirekten Hinweis für außerirdisches Leben handeln. Dennoch unterscheiden sich die Bedingungen an der Oberfläche mit Sicherheit beträchtlich von denen auf der Erde. Hinzu kommt die von Roten Zwergen üblicherweise ausgehende starke kosmische Strahlung.

Kandidat K2-18 c Bearbeiten

Neben dem bestätigten Planeten K2-18 b existiert im System möglicherweise auch der vorgeschlagene Planet K2-18 c, der jedoch noch umstritten ist. Dieser Planet würde mit einer etwas geringeren Masse von etwa 5-9 Erdmassen auf einer deutlich engeren Bahn, in einer Entfernung von 0,06 AE, alle 9 Tage um den Stern kreisen. Die größere Nähe würde zu einer deutlich höheren Gleichgewichtstemperatur von mindestens 350 K führen. Das Signal des Planeten könnte aber gemäß Sarkis et al. auch durch stellare Aktivitäten verursacht werden.

Weblinks Bearbeiten

Commons: K2-18 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Spektrum.de: Warum der Hype um K2-18b nicht gerechtfertigt ist 12. September 2019

Einzelnachweise Bearbeiten

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[Simbad-1] K2-18. In: SIMBAD. Centre de Données astronomiques de Strasbourg, abgerufen am 11. September 2019.

[Nasa-2] K2-18. NASA Exoplanet Archive, abgerufen am 11. September 2019.

[Sarkis2018-3] Paula Sarkis et al.: The CARMENES Search for Exoplanets around M Dwarfs: A Low-mass Planet in the Temperate Zone of the Nearby K2-18. In: The Astronomical Journal. 155. Jahrgang, Nr. 6, 2018, doi:10.3847/1538-3881/aac108, arxiv:1805.00830, bibcode:2018AJ....155..257S.

[Montet2015-4] Benjamin T. Montet, Timothy D. Morton, Daniel Foreman-Mackey, John Asher Johnson, David W. Hogg, Brendan P. Bowler, David W. Latham: Stellar and Planetary Properties of K2 Campaign 1 Candidates and Validation of 17 Planets, Including a Planet Receiving Earth-like Insolation. In: The Astrophysical Journal. 809. Jahrgang, Nr. 1, 2015, doi:10.1088/0004-637X/809/1/25, arxiv:1503.07866, bibcode:2015ApJ...809...25M.

[Tsiaras2019-5] Angelos Tsiaras, Ingo P. Waldmann, Giovanna Tinetti, Jonathan Tennyson, Sergey N. Yurchenko: Water vapour in the atmosphere of the habitable-zone eight-Earth-mass planet K2-18 b. In: Nature Astronomy. doi:10.1038/s41550-019-0878-9, arxiv:1909.05218.

[SpiegelOnline-6] Forscher finden erstmals Wasser auf K2-18b. Spiegel Online, abgerufen am 11. September 2019.

[7] Zum ersten Mal nachgewiesen - In lebensfreundlicher Zone: Forscher finden Wasser auf Supererde. Abgerufen am 11. September 2019.

[Madhusudhan2023-8] N Madhusudhan, S Sarkar, S Constantinou, M Holmberg, A Piette, JI Moses: Carbon-bearing Molecules in a Possible Hycean Atmosphere. In: The Astrophysical Journal Letters. 9. Oktober 2023, doi:10.3847/2041-8213/acf577, arxiv:2309.05566.

[Cloutier2019-9] R. Cloutier, N. Astudillo-Defru, R. Doyon, X. Bonfils, J.-M. Almenara: Confirmation of the radial velocity super-Earth K2-18c with HARPS and CARMENES. In: Astronomy & Astrophysics. Band 621, Januar 2019, ISSN 0004-6361, S. A49, doi:10.1051/0004-6361/201833995, arxiv:1810.04731, bibcode:2019A&A...621A..49C (aanda.org [abgerufen am 12. September 2019]).

[nasa2-10] NASA’s Hubble Finds Water Vapor on Habitable-Zone Exoplanet for 1st Time. NASA, abgerufen am 11. September 2019.

[Space-11] Discovery! Water Vapor — and Likely Clouds, Rain, Too — Found on Strange Alien Planet. Space.com, abgerufen am 11. September 2019 (englisch).

[12] Isabelle Yan: Webb Discovers Methane, Carbon Dioxide in Atmosphere of K2-18 b. nasa.gov, 11. September 2023, abgerufen am 15. September 2023 (englisch).

[13] Slowblog: Die spannenden Funde des James Webb Space Telescope. In: spektrum.de. Abgerufen am 15. September 2023.