Zwerge im Schatten von Giganten: Seit Jahrzehnten suchen wir nach den wohl alltäglichsten Objekten, finden sie aber nicht – jetzt stand die Sensation bevor

David Kipping fand nicht, was er suchte. Am Ende seiner Forschung ist er deshalb aber längst nicht angelangt – ganz im Gegenteil. (Bildquelle: Adobe Firefly, generative KI und Kipping)

Als das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) am 25. Oktober 2024 in die Ferne blickte, stand eine Sensation in Aussicht. Stattdessen dürfen wir eine Sternstunde der Wissenschaft erleben. Denn das Team um den Astronomen David Kipping fand nichts.

Hinter dem vermeintlichen Paradoxon verbirgt sich ein Paradebeispiel der Wissenschaft. Wir erzählen euch, wie eine inzwischen beinahe 16-jährige Suche scheiterte, und dennoch im scheinbar düstersten Moment am hellsten strahlt.

Exomonde: Raritäten der Forschung

Wer auf unser Sonnensystem blickt, würde von riesig zu winzig vor allem folgende Struktur entdecken:

• die Sonne (99,8 Prozent der Masse des Sonnensystems ruhen brodelnd in ihr)
• die Planeten, allen voran die gewaltigen Gasriesen (sie enthalten den Großteil der übrigen 0,2 Prozent)
• zahlreiche Monde, darunter einen im Orbit um den dritten Planeten (Erde)
• unzählige Brocken aus Gestein, Metallen und Eis (Kometen, Asteroiden)

Seit mehr als 30 Jahren schauen wir von der Erde aus hinaus in den Kosmos. Sterne haben wir viele entdeckt, selbst sogenannte Exoplaneten um fremde Gestirne kennen wir etliche.

Aber was bis heute fehlt: Exomonde. Dabei dürften sie garantiert existieren. Im Sonnensystem umkreisen weit über 400 Stück ihre Partner. Die meisten sind am Saturn zu finden, 274 an der Zahl. Aber aufgrund ihrer im Vergleich zu ihren Planeten geringen Größe und Masse entgehen sie seit Jahrzehnten unserem Blick.

Dahingegen wissen wir sogar mehr über Exo-Asteroiden und -Kometen als über Monde. Klingt seltsam, aber im Gegensatz zu ihnen haben wir von Ersteren inzwischen drei entdeckt: 2I/Borisov (Komet), 1I/ʻOumuamua (Asteroid) und 3I/Atlas (Komet).

2:54 Wir zeigen euch den Kurs des interstellaren Kometen 3I/Atlas mithilfe von Universe Sandbox

Chance eines Forscherlebens

David Kipping sucht seit fast zwei Jahrzehnten als Astronom nach Exomonden und zuletzt sah er sich fast am Ziel, der Hoffnungsträger: Kepler-167e. Rund 1.100 Lichtjahre entfernt, gilt er als einer dem Jupiter ähnlicher Gasriese (etwa zehnfacher Erdradius). In seiner Umlaufbahn vermuteten er und sein Team einen Mond von etwa dem 2-fachen Radius der Erde.

Vorliegende, relativ ungenaue Daten legten nahe, dass er alle drei Jahre einen Orbit abschließt. Auf Grundlage all dessen, was sie mittels älterer Instrumente und Observatorien errechnen konnten, beantragten sie Zeit am James-Webb-Weltraumteleskop. Hiermit sollte es gelingen und tatsächlich, bekamen sie satte 60 Stunden zugesprochen – eine lange Zeitspanne an dem rege umworbenen Teleskop.

Sein Auftrag Ende Oktober 2024 lautete nun, die marginale Abschwächung des vom Gasriesen reflektierten Lichtes zu erkennen, wenn der Mond von uns aus gesehen vorbeizieht. Die Methode ist bei größeren Himmelskörpern bewährt, sodass sich schon Hunderte Exoplaneten durch Abdunklung ihres Sternes enttarnten.

Kipping arbeitete mit ähnlichen Techniken bereits seit 2011, aber erst das JWST verfügt auf dem Papier über die notwendige Leistung und Auflösung zur Abbildung solch eines fernen und zugleich unscheinbaren Ereignisses.

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Rauschen, Mond oder Sonnenfleck?

Mit den Daten auf den Rechnern entpuppte sich die Situation nach anfänglicher Euphorie als eine wissenschaftliche Lehrstunde. Rasch traten nämlich die Tücken der JWST-Daten in den Vordergrund. Dabei fanden sich klare Anzeichen für ein »starkes Exomond-Signal«, soll heißen: zu den errechneten Zeitpunkten schwächte sich das Licht wie erwartet minimal ab.

Bei näherer Analyse, um sicherzugehen, stellten sich jedoch Zweifel ein, da mehrere Möglichkeiten infrage kamen – je nachdem, wie sie die Daten mathematisch verarbeiteten:

• ein Mond
• ein Sonnenfleck
• Rauschen

Der dritte Punkt ergibt sich durch die Empfindlichkeit der Lichtsensoren von JWST. Denn ihr dürft euch die hereinkommenden Signale bei solch einer Entfernung nicht als eindeutig und sauber vorstellen. Der gesuchte Datenschatz liegt stets in einer Menge an Beifang begraben, der zuerst beiseite geräumt werden muss.

Link zum YouTube-Inhalt

Was sie suchen, verblasst über die Lichtjahre hinweg im Schatten der gigantischen Gasriesen und strahlenden Sterne. Die winzigen Monde aus dem Zwielicht herauszuschälen, fällt uns nicht zufällig derart schwer.

Letztendlich standen Kipping und sein Team vor einer Entscheidung: Selbst wenn sie den vermuteten Mondtransit ausreichend aus dem optischen Schleier hervorholen können, blieb eine mindestens ebenso plausible Erklärung: ein Sonnenfleck. Sollte der Planet ausgerechnet während der Beobachtung vor einem vorbeigezogen sein, wäre die Lichtkurve ebenfalls in exakt dieser Weise abgefallen.

Schließlich entschieden sie sich für den aus ihrer Sicht einzig gangbaren, wenn auch menschlich schmerzhaften Weg, wie der Professor in einem YouTube-Video erläutert: Sie stellen die Daten, wie ohnehin vorgehabt, ausführlich im Paper vor, aber kommen zu einem ernüchternden Schluss:

Die aus den Messwerten gewonnen Indizien reichen nicht aus, um den Fund des ersten Exomonds der Menschheitsgeschichte zu vermelden.

Wer Kippings Umgang mit diesem Fehlschlag näher eingeordnet lesen möchte, findet hier eine kurze Kolumne zu dem Thema:

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Lehren für den nächsten Versuch

Allerdings besteht zu Recht Hoffnung, nur gestolpert zu sein – keinesfalls liegt die Suche nach Exomonden am Boden, eher im Gegenteil. Denn Kipping und sein Team zeigen sich überzeugt, aus den Fehlern gelernt zu haben – die nächste Jagd werde wahrscheinlicher glücken. Sie wissen jetzt, worauf beim Design der Beobachtungsprogramme mit dem JWST zu achten ist.

In rund zwei Jahren, im Oktober 2027, soll der nächste Versuch starten. Allerdings müssen sie zuvor erneut erfolgreich Nutzungszeit für das wohl meist begehrte wissenschaftliche Instrument der Menschheit beantragen: JWST.

Neue Daten füllen Lücken und helfen entscheidend, Rauschen sowie Ungenauigkeiten von realen Mustern zu unterscheiden. Am Ende schält sich dann vielleicht der erste Exomond in mehr als 1.000 Lichtjahren Entfernung aus dem Schatten seines Begleiters.