Astronomen haben in Transitspektren des Felsplaneten LHS 1140 b in der habitablen Zone entweichendes Helium nachgewiesen. Damit gibt es erstmals einen klaren Hinweis, dass diese Supererde in rund 48 Lichtjahren Entfernung eine Atmosphäre besitzt. Das Signal erschien nur 2024 und erfasst ausschließlich die obere Atmosphäre; die Zusammensetzung tieferer Schichten bleibt unbekannt.
Das Wichtigste
- In Nahinfrarot-Transitspektren von LHS 1140 b aus dem Jahr 2024 wies das Team das Triplett des metastabilen Heliums nahe 10.833 Ångström nach; die wichtigsten überlagerten Linien erzeugten eine zusätzliche Absorption von 1,24 % (+0,22/−0,23 Prozentpunkte).
- Das Heliumsignal setzte bereits vor dem optischen Transit ein, passend zu Gas, das sich entlang der Umlaufbahn vor dem Planeten erstreckt; die Hinweise auf einen nachlaufenden Schweif waren schwächer.
- Mit derselben Methode wurde 2025 kein Helium nachgewiesen. Diese Beobachtung war für Absorptionen unter etwa 0,6 % nicht empfindlich genug, sodass das Ergebnis eher eine veränderliche Flucht stützt als ein Verschwinden der Atmosphäre.
- Modelle deuten das Signal als Ausfluss, der durch Röntgen- und extreme UV-Strahlung des Sterns aufgeheizt wird. Die obere Atmosphäre könnte heliumreich und wasserstoffarm sein, während schwerere Kohlenstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen tiefer verbleiben.
- Der Befund weist weder eine Biosignatur nach noch bestätigt er flüssiges Wasser. Die habitable Zone beschreibt den Bereich der eingestrahlten Energie; die Oberflächenumgebung hängt weiterhin von der unbekannten Atmosphäre und dem Klima ab.
In 14,96 Parsec beziehungsweise rund 48,8 Lichtjahren Entfernung von der Sonne hat LHS 1140 b nun Spuren einer in den Weltraum strömenden Atmosphäre erkennen lassen. Ein von Collin Cherubim geleitetes Team berichtet in Science über den Nachweis von metastabilem Helium im Transitspektrum dieses Felsplaneten in der habitablen Zone. Es ist der erste klare Atmosphärennachweis bei einem Felsplaneten in der habitablen Zone eines anderen Sterns. Das Signal stammt aus der dünnen oberen Atmosphäre und nicht aus einem direkten Bild der Oberfläche.
Wie wurde die Heliumabsorption von 2024 im Sternlicht sichtbar?
LHS 1140 b besitzt die 5,60 ± 0,19-fache Erdmasse und den 1,730 ± 0,025-fachen Erdradius und umläuft alle 24,7 Tage einen massearmen Roten Zwerg. Er erhält etwa 42 % der Einstrahlung der Erde; bei angenommener Albedo null beträgt seine Gleichgewichtstemperatur 226 ± 4 K. Am 23. September 2024 nutzte das Team den hochauflösenden Nahinfrarot-Spektrografen WINERED am 6,5-Meter-Magellan-Clay-Teleskop des Las-Campanas-Observatoriums in Chile. In 6,5 Stunden entstanden 70 Spektren, die die im Abstand von 39 Minuten erfolgenden Transits von LHS 1140 c und b abdeckten.
Als LHS 1140 b vor seinem Stern vorbeizog, durchquerte ein Teil des Sternlichts seine obere Atmosphäre. Die Studie fand zusätzliche Absorption bei den Vakuumwellenlängen 10.832,057, 10.833,217 und 10.833,306 Ångström des metastabilen Heliumtripletts. Die beiden überlagerten längeren Linien erreichten 1,24 % Absorption (+0,22/−0,23 Prozentpunkte), entsprechend einer undurchsichtigen Atmosphärenschicht bis zum 1,52-Fachen des Planetenradius. Das Signal nahm schon vor dem eigentlichen Transit zu, passend zu Helium vor dem Planeten entlang seiner Umlaufbahn; ein nachlaufender Schweif wird bislang nur vorsichtig gestützt.
Das Team prüfte Alternativen wie Veränderungen der stellaren Heliumlinie, Absorption in der Erdatmosphäre und OH-Emissionen des Nachthimmels. Eine unabhängige Auswertung verarbeitete die Daten von 2024 und 2025 erneut und fand das Signal ebenfalls nur 2024. Beim Transit am 29. September 2025 wurde kein Helium nachgewiesen, doch Einspeise- und Rückgewinnungstests zeigten, dass eine Absorption von höchstens etwa 0,6 % schwer zu erkennen gewesen wäre. Die Nichtdetektion kann daher durch Änderungen der stellaren XUV-Strahlung, der Ausflusstemperatur oder des Sternwinds erklärt werden und belegt kein Verschwinden der Atmosphäre innerhalb eines Jahres.
Entweichendes Helium vermisst nicht die gesamte Atmosphäre
Die Studie deutet das Signal von 2024 als hydrodynamischen Ausfluss, der durch Röntgen- und extreme UV-Strahlung des Muttersterns erhitzt wird. Das p-winds-Modell ergibt für den oberen Ausfluss möglicherweise nur ein Wasserstoff-zu-Helium-Zahlenverhältnis von etwa 10⁻³. Wäre deutlich mehr Wasserstoff vorhanden, würde er die zur Bildung metastabilen Heliums nötige hochenergetische Strahlung zuerst absorbieren und das beobachtete Signal erschweren. Die Daten stützen somit eine heliumreiche, wasserstoffarme obere Atmosphäre. Das ist jedoch eine Modellfolgerung für eine dünne Hochatmosphäre und keine vollständige Analyse der Luft nahe der Oberfläche.
Die modellierte Heliumverlustrate reicht nicht aus, um Stoffe mit Atommassen ab 9 ebenfalls fortzureißen. Schwerere Kohlenstoff-, Stickstoff- und Sauerstoffarten können sich daher in tieferen Schichten anreichern. Die niedrige Temperatur des Planeten könnte Wasser zudem unterhalb der Obergrenze der Konvektionsschicht festhalten, sodass wenig Wasserdampf nach oben gelangt. Die Ergebnisse lassen eine schwerere untere Atmosphäre oder große Wasservorräte zu; Stickstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid und Sauerstoff wurden bislang jedoch nicht direkt nachgewiesen.
Das Potenzial für Bewohnbarkeit braucht weitere Beobachtungen
LHS 1140 b liegt in der habitablen Zone, besitzt einen felsigen Grundaufbau und hält eine Atmosphäre. Das macht ihn zu einem wichtigen Ziel für die Erforschung gemäßigter Exoplaneten. Eine Bewertung seiner Bewohnbarkeit benötigt weiterhin Hinweise auf flüssiges Wasser an der Oberfläche und lebensbezogene Signale. Die Gleichgewichtstemperatur berücksichtigt nur aufgenommene und abgegebene Energie; tatsächliche Oberflächentemperatur, Tag-Nacht-Verteilung und flüssiges Wasser hängen auch von Atmosphärendicke, Treibhausgasen, Wolken und Wärmetransport ab.
Als Nächstes muss das Heliumsignal über weitere Transits verfolgt werden, um seine Reaktion auf die Sternaktivität zu bestimmen. Zugleich können Instrumente wie das James-Webb-Weltraumteleskop in der unteren Atmosphäre nach Wasser, Kohlendioxid und anderen Molekülen suchen. Die Entdeckung verschiebt die Frage von der bloßen Existenz einer Atmosphäre zu der Verbindung zwischen Flucht in großer Höhe und dem Klima darunter. Erst mit besseren Einschränkungen lässt sich das Bewohnbarkeitspotenzial dieser 48 Lichtjahre entfernten Welt verlässlicher beurteilen.