Entdeckungsmethoden für Exoplaneten Sternbedeckungen und Gravitational Microlensing

Transkript

1 Entdeckungsmethoden für Exoplaneten Sternbedeckungen und Gravitational Microlensing

2 Wiederholung: Eine in der Zukunft erfolgversprechende Methode zur Beobachtung von Exoplaneten stellt die optische Interferometrie dar. Nur ist dieses Verfahren technisch extrem aufwendig (kohärente Vereinigung der Lichtwege einer Vielzahl von Einzelteleskopen) und kompliziert. Bis heute konnten interferometrisch noch keine Exoplaneten direkt beobachtet werden. Das Verfahren läßt sich aber zum indirekten Nachweis mittels Präzesionsastrometrie einsetzen. Bis heute ( ) wurden offiziell 570 Planetensysteme mit insgesamt 694 Planeten entdeckt. Davon optisch 8 sicher aufgelöst und 3 fragliche Kandidaten...

3 Exoplanetenentdeckungen bei Sternbedeckungen durch den Mond? Der Mond bedeckt regelmäßig bei seinem Weg über den Himmel Sterne: Für einen Beobachter am Fernrohr verschwindet der Stern plötzlich am Mondrand. Der Grund dafür liegt darin, daß der Stern quasi punktförmig ist. Beobachtet man das Verschwinden des Sterns mit sehr hoher zeitlicher Auflösung photometrisch, dann erfolgt das Verschwinden nicht mehr plötzlich, sondern man erkennt ein Beugungsmuster, in dem Informationen über den scheinbaren Winkeldurchmesser des Sterns stecken. Ein Exoplanet nahe dem Stern führt zu einer geringfügigen Modifikation des Beugungsmusters.

4 Hochaufgelöste IR- Beugungslichtkurven einer typischen Sternbedeckung Bedeckungsgeschwindigkeit: 0.43 /s Punktquelle bei 2.2 µm (IR K-Band, monochromatisch) Punktquelle bei 2.2 µm (Breitbandfilter) Punktquelle bei 3.4 µm (Breitbandfilter) Punktquelle bei 3.4 µm (Breitbandfilter) + 2 Komponenten mit einem Abstand von und Abstand und einer Helligkeit 1/10 und 1/50 des Hauptsterns e) Differenzbild c d mit Position der Komponenten

5 Technische Voraussetzungen und Realisierung 1. Helligkeitsunterschied zwischen Begleiter und Mutterstern sollte möglichst gering sein (~ m) -> IR-Beobachtungen 2. Die notwendige hohe zeitliche Auflösung (ms-bereich) erfordert große Fernrohr- Öffnungen (6 bis 10 m Klasse) 3. Die Komponenten müssen einen Mindestabstand vom Mutterstern von ~0.01 besitzen (die Grenze ergibt sich aus der Beherrschung der Szintillation) Die Detektierung von Exoplaneten bei nahen Sternen bei lunaren Okkultationen erscheint möglich, ist aber technisch sehr anspruchsvoll. Besser: Weltraumteleskope: Mond-Sternkoronograph - keine atmosphärischen Störungen des Beugungsmusters - durch günstige Relativgeschwindigkeit kann die Bedeckung zeitlich gedehnt werden Bis heute (2011) ist noch kein Nachweis eines Exoplaneten bekannt geworden

6 Gravitational Microlensing

7

8 Albert Einstein: Die Allgemeine Relativitätstheorie impliziert, daß eine Masse einen Lichtstrahl ablenkt... (1916) 1919: A.S.Eddington: ja, das ist so! Einstein wird schlagartig weltberühmt...

9 Am Sonnenrand beträgt die Abweichung zur wahren Position (~1/2000 ) 1 Cent-Münze aus 1 km Entfernung betrachtet

10 Nachweis eines Schwarzen Lochs durch Microlensing Starke Verstärkung der Helligkeit eines Hintergrundsterns beim Vorübergang eines (unsichtbaren) Black holes Das Verfahren wurde zur Suche nach MACHO s entwickelt

11 Beispiel für ein Mikrogravitationslinsenereignisses Mikrogravitationslinse OGLE 2003-BLG-235/MOA 2003-BLG-53Lb an der Position RA = 18:05:16.35 DEC = -28:53:42.0 (J2000.0)

12 Typische Lichtkurve eines Mikrogravitationslinsenereignisses Asymmetrie entsteht durch den Parallaxeneffekt (Bewegung Erde um die Sonne)

13 Ungestörte Gravitationslinsen-Lichtkurve Ein Gravitationslinsenereignis zieht sich i.d.r. über mehrere Monate hin Es handelt sich um ein einmaliges Ereignis (keine Verifikation möglich) Man muß extrem viele Sterne beobachten, um ein solches Ereignis überhaupt entdecken zu können Solange Sterne auflösbar sind (z.b. benachbarte Galaxien), kann man auch Mikro- Gravitationslinsenereignisse beobachten

14 Wirkungen eines Begleiters auf die Lichtkurve...

15 Exoplanet: OGLE-2005 BLG-390

16 Was kann man alles aus einer Mikrogravitationslinsen-Lichtkurve herauslesen? Betrag der Eigenbewegung der Gravitationslinse - bestimmt Zeitskala des Ereignisses Masseverhältnis Hauptstern / Begleiter über die Zeitskala des Peaks Projizierter Abstand Hauptstern / Begleiter OGLE-2005 BLG-390 b Masse ~ 5 Erdmassen Umlaufszeit ~ 1ß0Jahre Entfernung ~ 2.6 AU Temperatur ~ -220 C Gesteinsplanet Mutterstern Roter Zwerg Masse ~ 1/5 Sonnenmassen Helligkeit 15.7 m Entfernung ~21000 Lj

17 Microlensing Surveys 1. Die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Sterne zu einem gegebenen Zeitpunkt genau in Sichtlinie stehen, ist extrem gering (1:Million in Richtung galakt. Zentrum) 2. d.h. man muß dichte Sternfelder mit vielen Millionen Sternen über lange Zeiträume photometrisch überwachen - Automatisierte Suchprogramme Es gibt z.z. mehrere große Beobachtungskampagnen, die nach Mikrolinsenereignisse sichen, z.b. OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) Las Campanas Obser. (Uni Warschau) 1.3 m Spiegel 1.5 Sternfeld CCD Mosaik Camera

18 OGLE - Ergebnisse Felder: Galaktisches Zentrum, Magellansche Wolken 7 Kuiper Belt Objects 6 extrasolare Planeten durch Mikrolinsenereignisse (darunter wahrscheinlich ein free floater) 8 extrasolare Planeten durch Transits... Von Amateuren entdeckte Exoplaneten Lj entfernt / ~ 3 Jupitermassen

19 Nächstes Mal: Radialgeschwindigkeitsmethode