2017 wurde ein Exoplanet entdeckt, der sich damals schon als durchaus vielversprechende Welt für die Entwicklung von Leben außerhalb des Sonnensystems entpuppt hat. Nun haben Forschende den Planeten noch einmal mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) näher in Augenschein genommen. Das erstaunliche Ergebnis: Der Exoplanet ist nicht nur besser geeignet für die Entwicklung von Leben als bisher gedacht, er ist auch deutlich merkwürdiger, als es zunächst den Anschein hatte.

Die fremde Welt mit der Bezeichnung LHS-1140b zeigt deutliche Anzeichen dafür, dass sie von einem globalen Ozean beherrscht wird, dessen Oberfläche gefroren ist. Einzig eine einzelne vermutlich runde 4000 Kilometer durchmessende Region, die direkt in Richtung Muttergestirn weist, könnte permanent eisfrei sein, wie ein kanadisches Forschungsteam in seiner Studie berichtet. Die Arbeit wurde für die Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters akzeptiert und bereits auf dem Preprintserver arXiv veröffentlicht.

Exoplanet LHS-1140b und die Erde
Jene Regionen des Exoplaneten LHS 1140 b, dievon seinem Stern abgewandt sind,könnten von Eis bedeckt sein. Möglicherweise aber ist eine in Richtung des Sterns weisende Region eisfrei, was die Wahrscheinlichkeit für Leben deutlich erhöht. Der Planet ist 1,7-mal so groß wie unsere Erde (rechts).
Illustr.: Gougeon/Université de Montréal

Chancen, flüssiges Wasser zu finden

"Von allen derzeit bekannten gemäßigten Exoplaneten könnte LHS-1140b unsere beste Chance sein, eines Tages indirekt flüssiges Wasser auf der Oberfläche einer fremden Welt außerhalb unseres Sonnensystems nachzuweisen", sagte der Astrophysiker Charles Cadieux von der Universität Montreal. "Dies wäre ein wichtiger Meilenstein bei der Suche nach potenziell bewohnbaren Exoplaneten."

LHS-1140b besitzt einen Radius, der etwa 1,73-mal so groß ist wie der der Erde, daraus ergibt sich eine 5,6-fache Erdmasse. Er ist also deutlich größer als unser Heimatplanet, aber immer noch klein genug, um zumindest theoretisch als erdähnliche Gesteinswelt zu gelten. Was seine Umlaufbahn betrifft, ist der Unterschied noch größer: LHS-1140b umkreist seinen Stern so nahe, dass ein Jahr dort nur knapp 25 Tage dauert.

Würde dieser Stern der Sonne gleichen, wäre das viel zu nah für jegliches Leben. Da es sich aber um einen viel kühleren, lichtschwächeren roten Zwergstern handelt, befindet sich LHS-1140b im passenden Abstand für gemäßigte Bedingungen: Zumindest in einigen Regionen könnte dort also flüssiges Wasser vorhanden sein.

Blick in die Atmosphäre

Die geringe Distanz bietet einige Nachteile auf. Zum einen wäre diese Welt etwaigen stellaren Ausbrüchen direkt ausgeliefert; man hofft jedoch, dass der Stern nicht allzu aktiv ist. Zum anderen bewirkt die große Nähe, dass der Planet seinem Heimatstern immer dieselbe Seite zuwendet, etwa so, wie auch unser Mond der Erde stets die gleiche Hemisphäre präsentiert.

Die Tatsache, dass LHS-1140b in der habitablen Zone des Systems kreist, bedeutet freilich nicht automatisch, dass er die notwendigen Bedingungen für die Entstehung von Leben aufweist. Um mehr über die Chemie von LHS-1140b herauszufinden, bedarf es eines genaueren Blicks in seine Atmosphäre. Genau das haben Cadieux und seine Kolleginnen und Kollegen mit dem überragenden Auflösungsvermögen des JWST getan.

Mit einer Entfernung von knapp 50 Lichtjahren ist das System nahe genug, um detaillierte Informationen darüber zu sammeln, wie sich das Licht verändert, wenn der Exoplanet zwischen der Erde und dem Stern vorbeizieht. Ein Teil des Sternenlichts durchdringt dabei die Atmosphäre, was einiges über die Zusammensetzung der Gashülle von LHS-1140b verrät.

Stickstoff in der Gashülle

Auf diesem Weg identifizierten die Forschenden Stickstoff, dem Hauptbestandteil der Erdatmosphäre. Die Entdeckung lässt vor allem auch Schlüsse über den Aufbau des Planeten zu: Wäre LHS-1140b ein kleiner Gasplanet und würde er einer Miniversion des Neptun gleichen, hätte er eine wasserstoffreichere Atmosphäre. Das Vorhandensein von Stickstoff deutet daher auf eine sekundäre Atmosphäre hin – eine Gashülle, die sich nach der Geburt des Exoplaneten und nicht mit ihm gebildet hat.

Aus der Dichte von 5,9 Gramm pro Kubikzentimeter ergab sich, dass LHS-1140b nicht ausschließlich aus Gestein bestehen kann. Angesichts der Größe des Planeten und ohne die Existenz von Wasserstoff in der Atmosphäre muss etwas anderes für die verminderte Dichte sorgen. Für Cadieux und sein Team kann dies nur bedeuten, dass LHS-1140b von einem globalen Ozean bedeckt ist. Die sternabgewandten Bereiche bekommen nicht genug Wärmestrahlung ab und dürften demnach gefroren sein.

Eisfreie Zone

Nur jene Region, die dem Stern direkt zugewandt ist, wäre nach Ansicht der Forschenden warm genug, um eisfrei zu sein. Der Anblick, der sich daraus ergibt, wäre für einen fiktiven Raumfahrer, der sich LHS-1140b nähert, vermutlich durchaus gruselig: Möglicherweise ähnelt die Welt dadurch nämlich einem planetengroßen Augapfel, der in Richtung Heimatstern blickt. In der rund 4000 Kilometer durchmessenden eisfreien Region könnten nach den Berechnungen der Wissenschafter milde 20 Grad Celsius herrschen – warm genug für ein blühendes marines Ökosystem.

Ob dem tatsächlich so ist, bleibt freilich vorerst ungewiss, dafür weiß man über LHS-1140b noch zu wenig. Immerhin aber sieht der Exoplanet nach dem bisher vielversprechendsten Kandidaten für ein potenzielles außerirdisches Ökosystem aus. "Der aktuelle Hinweis auf eine stickstoffreiche Atmosphäre muss erst durch weitere Daten untermauert werden. Wir brauchen mindestens ein weiteres Jahr an Beobachtungen, um zu bestätigen, dass LHS 1140b tatsächlich eine solche Atmosphäre besitzt, und wahrscheinlich zwei oder drei weitere Jahre, um Kohlendioxid nachzuweisen", sagte Co-Autor René Doyon von der Universität Montreal. (Thomas Bergmayr, 10.7.2024)