Mehr als 6.000 Exoplaneten sind inzwischen bestätigt. Mit dem Nancy Grace Roman Space Telescope könnte diese Zahl jedoch geradezu explodieren. Nach aktuellen Schätzungen der NASA könnte Roman mehr als 100.000 weitere Planeten außerhalb unseres Sonnensystems aufspüren. Entscheidend ist dabei, dass das Teleskop gleich mehrere unterschiedliche Methoden zur Planetensuche einsetzen wird.

Besonders spannend ist jedoch nicht nur die mögliche Zahl der Entdeckungen. Roman soll auch Welten finden, die bei bisherigen Suchprogrammen vergleichsweise selten auftauchen: Planeten in großen Abständen von ihrem Stern, kleine kalte Welten und sogar Planeten, die überhaupt keinen Stern mehr umkreisen.

Mehr als 100.000 mögliche neue Exoplaneten

Die mit Abstand größte Zahl neuer Planetenkandidaten könnte Roman mit der sogenannten Transitmethode entdecken.

Dabei beobachtet das Teleskop kontinuierlich die Helligkeit sehr vieler Sterne. Zieht ein Planet von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorbei, verdeckt er einen winzigen Teil des Sternlichts. Die Helligkeit nimmt dadurch regelmäßig geringfügig ab.

Roman wird solche Veränderungen bei einer gewaltigen Zahl von Sternen gleichzeitig messen können. Die NASA geht davon aus, dass allein auf diesem Weg bis zu rund 100.000 Planeten entdeckt werden könnten.

Bei einem großen Teil davon dürfte es sich um Gas- und Eisriesen handeln. Nach bisherigen Berechnungen könnten ungefähr drei Viertel der mit der Transitmethode gefundenen Welten Planeten ähnlich Jupiter, Saturn, Uranus oder Neptun sein.

Unter den übrigen Kandidaten werden viele sogenannte Mini-Neptune erwartet. Das sind Planeten, die größer als die Erde, aber kleiner als Neptun sind. In unserem eigenen Sonnensystem gibt es keinen vergleichbaren Planeten.

Mehr als tausend weitere Welten durch die Schwerkraft

Noch interessanter für die Wissenschaft könnte eine zweite Methode sein.

Roman soll über längere Zeiträume dicht bevölkerte Sternfelder in Richtung des Zentrums unserer Milchstraße beobachten. Dabei sucht das Teleskop nach sogenannten Mikrolinsenereignissen.

Hier muss ein Planet nicht vor seinem eigenen Stern vorbeiziehen. Stattdessen macht sich die Schwerkraft eines näher gelegenen Sternsystems bemerkbar, wenn dieses zufällig fast exakt vor einem weiter entfernten Hintergrundstern vorbeiwandert. Seine Masse verändert den Weg des Lichts und verstärkt vorübergehend die Helligkeit des Hintergrundsterns.

Befindet sich ein Planet in diesem System, kann er eine zusätzliche kleine Veränderung dieses Signals verursachen.

NASA erwartet durch diese Mikrolinsenbeobachtungen mehr als tausend zusätzliche Exoplaneten. Einzelne wissenschaftliche Modellrechnungen kommen auf noch höhere Werte. Eine aktuelle NASA-Übersicht nennt beispielsweise eine Erwartung von ungefähr 2.500 Planeten für bestimmte Annahmen der Mikrolinsen-Durchmusterung.

Die genaue Zahl lässt sich vor Beginn der Beobachtungen nicht kennen. Sie hängt schließlich davon ab, wie häufig bestimmte Planetentypen tatsächlich in unserer Milchstraße vorkommen.

Und genau das soll Roman herausfinden.

Roman sucht dort, wo bisher eine Lücke besteht

Die meisten bekannten Exoplaneten befinden sich relativ dicht an ihrem Mutterstern. Das bedeutet allerdings nicht automatisch, dass solche Planetensysteme besonders häufig sind.

Es hängt auch mit unseren bisherigen Suchmethoden zusammen.

Ein großer Planet, der seinen Stern alle paar Tage umrundet, lässt sich leichter nachweisen als eine kleine Welt, die für einen Umlauf mehrere Jahre benötigt. Deshalb kennen Astronomen heute besonders viele heiße und sternnahe Planeten.

Die Mikrolinsenmethode von Roman ist dagegen besonders empfindlich für Welten, die weiter von ihrem Stern entfernt sind.

Damit könnte das Teleskop erstmals große Zahlen von Planeten entdecken, die eher den äußeren Bereichen unseres Sonnensystems entsprechen. Dazu gehören beispielsweise Welten, die mit Uranus oder Neptun vergleichbar sind.

Roman könnte sogar Planeten mit nur wenigen Mondmassen nachweisen.

Planeten ganz ohne Sonne

Eine besonders ungewöhnliche Gruppe sind die sogenannten frei fliegenden oder vagabundierenden Planeten.

Diese Welten umkreisen keinen Stern. Einige könnten bereits ohne Mutterstern entstanden sein. Andere dürften ursprünglich Teil eines Planetensystems gewesen und später durch gravitative Wechselwirkungen hinausgeschleudert worden sein.

Da solche Planeten keinen Stern regelmäßig umkreisen, funktionieren viele klassische Suchmethoden bei ihnen nicht.

Mikrolinsenereignisse benötigen dagegen lediglich Masse. Deshalb kann Roman auch einen vollkommen dunklen Planeten entdecken, der allein durch die Milchstraße zieht.

Eine wissenschaftliche Untersuchung kommt zu dem Ergebnis, dass Roman möglicherweise etwa 400 frei fliegende Planeten mit ungefähr der Masse der Erde finden könnte.

Sollten sich diese Vorhersagen bestätigen, wäre das bemerkenswert. Solche vagabundierenden Welten könnten in unserer Galaxie wesentlich häufiger vorkommen als bislang angenommen.

Es geht nicht nur um einen neuen Rekord

100.000 neue Planeten klingen zunächst nach einer gigantischen Erweiterung des bisherigen Katalogs. Für Astronomen ist jedoch entscheidender, welche Arten von Welten Roman finden wird.

Bisherige Exoplanetenmissionen haben gezeigt, dass Planetensysteme erstaunlich unterschiedlich aufgebaut sein können. Was bislang fehlt, ist ein möglichst vollständiger Überblick über sehr verschiedene Planetengrößen und Umlaufbahnen in unterschiedlichen Bereichen unserer Galaxie.

Roman soll genau diese Lücken verkleinern.

Die Mission könnte zeigen, wie häufig erdähnliche Planeten, Eisriesen, weit außen kreisende Welten oder planetare Einzelgänger tatsächlich vorkommen. Aus einer Sammlung einzelner Entdeckungen könnte damit zunehmend eine statistische Bestandsaufnahme der Planeten unserer Milchstraße werden.

Und möglicherweise wird die wichtigste Erkenntnis am Ende gar nicht sein, dass Roman Zehntausende neue Welten gefunden hat.

Sondern dass wir erstmals wesentlich genauer wissen, welche Planeten in unserer Galaxie eigentlich normal sind.

Quellen
▪︎ NASA Science – Roman Exoplanets
▪︎ NASA Science – Galactic Bulge Time-Domain Survey
▪︎ NASA Science – Microlensing
▪︎ NASA Science – Transit Method
▪︎ NASA Science – Rogue Planets