Super-Erden und erdartige Exoplaneten

Transkript

1 Super-Erden und erdartige Exoplaneten

2 Super Earth s Exoplaneten, die im Massebereich zwischen 1 und 10 Erdmassen liegen und zum größten Teil felsischer Natur sind, werden als Super-Erden bezeichnet. es handelt sich dabei eher um eine heuristische Einordnung In der Praxis ist die Klassifikation meist recht unsicher, da zwei Parameter (Masse und Dichte) genügend genau bestimmt werden müssen - Masse über Radialgeschwindigkeitsmethode (Unsicherheit Faktor sin i ) - Größe über Transit (verbessert Massewert, Objekt aber meist zu klein (max. 3 Erddurchmesser), um eine gut definierte Transitlichtkurve zu hinterlassen) Ungefähr 25 Exoplaneten werden als einigermaßen sicher als Super-Erden klassifiziert. Prozentual dürften aber Supererden die Zahl von jupiters übersteigen. Man schätzt, daß über 60% aller Hauptreihensterne mit Planetensystem mindestens eine Super-Erde besitzen

3 Eigenschaften von Super Earth s Klassifikationsparameter: Masse zwischen 1 und 10 Erdmassen Dichte zwischen Eis und Silikate (1000 bis 5000 kg/m³) Durchmesser zwischen 1 und 3 Erddurchmesser Besteht der Planetenkern aus Eis (Wasser, Methan, Ammoniak), dann spricht man von Exo-Neptunes ---> haben gewöhnlich eine größere Masse (> 10 Erdmassen) und eine größeren Durchmesser (wie Uranus). Beobachtungen können beide Gruppen nur schwer auseinander halten

4 Warum erdähnliche Planeten sowie Super-Erden nur schwer durch Transit-Beobachtungen zu entdecken sind

5 Innerer Aufbau Ausdifferenziert in Kern + Mantel Eventuell Hydrosphäre (Bedingung: Bahn des Planeten befindet sich in der habitablen Zone es Muttersterns) Geringmächtige Atmosphäre Ab einer Masse von 10 Erdmassen können Exoplaneten eine Wasserstoff-Helium- Atmosphäre über die Lebensdauer des Planetensystems halten core accretion theory Bildung von Gasriesen

6 Eisen Gesteins- und Wasserplaneten Metallplaneten Silikatplaneten Hydrosilikatplaneten Reine Wasserplaneten Masse-Radius-Beziehung verschiedener Planetenzusammensetzungen

7 Beispiele für (zweifelsfrei erkannte) Super-Erden CoRotT 7b 4.8 Erdmassen

8 Oberflächentemperatur ~ 1000 C Atmosphäre besteht aus Na, Ka, Si, SiO, Mg, Ca, Fe Mineraldämpfe mit Wolkenbildung Kondensate könnten Kieselsteine sein... Transit Größenverhältnis gelber Zwerg - Exoplanet

9 Eine nicht gerade sehr wohnliche Gegend...

10 Kepler 10b

11 Corot 7b ist ein Gesteinsplanet während Kepler 10b einen hohen Eisenanteil haben muß

12 Auch Kepler 10b ist keine sonderlich behagliche Welt...

13 GJ 1214b

14 Modell des inneren Aufbaus

15 GJ 1214b umkreist einen Roten Zwergstern

16 Erdähnliche oder Terrestrische Exoplaneten Erdähnlich bezieht sich zuerst einmal auf die Masse: ~ 1 Erdmasse Exobiologen verlangen noch zusätzlich, daß sich der Planet innerhalb der habitablen Zone um seinen Mutterstern bewegt - enorme Einschränkung! Die Entdeckungswahrscheinlichkeit für derartige Himmelskörper ist immer noch sehr gering, so daß nur wenige sichere Kandidaten dieser Objektklasse bekannt sind. Die Entdeckung einer Zweiten Erde gilt als Heiliger Gral der Exoplanetenforschung Warum ist es immer noch so schwierig, Terrestrische Exoplaneten zu entdecken? Die gravitativen Auswirkungen auf den Mutterstern ist gering (Radialgeschwindigkeitsmethode liefert nur schwaches Signal) Ihr Durchmesser ist gering (machen sich deshalb kaum bei Transits bemerkbar) Die interessanten Fälle haben Umlaufszeiten in der Größenordnung von Jahren (ihr Nachweis benötigt also entsprechend lange Beobachtungskampagnen)

17 Experimentelle Himmelsmechanik und Stabilitätskarten Eine durchaus erfolgversprechende Methode zur Entdeckung erdähnlicher Planeten besteht in der Such nach Bahnabweichungen (verursacht durch gravitative Störungen) bereits entdeckter Planeten in einem Exoplanetensystem. Die Frage ist, wo lohnt es sich danach zu suchen? Planetenbahnen in Mehrfachplanetensystemen unterliegen gegenseitigen Störungen, die sich aufschaukeln und zu chaotischen Bahnen mit anschließender Bahnänderung bzw. Entfernung von Planeten aus dem System führen können. Wenn man ein gegebenes Planetensystem hat (z.b. eines mit einem hot jupiter in Sternnähe und einige Gasriesen bzw. neptunes in größerer Entfernung), wo in dem System gibt es für massearme Planeten stabile Bereiche? Himmelsmechanische Modellrechnungen Stabilitätskarten Anhand der Stabilitätskarten kann man ableiten, welche Auswirkungen dort vorhandene erdartige Planeten auf die Bahnen der anderen Planeten des Systems haben, um gezielt danach zu suchen.

18 Die Berechnung einer Stabilitätskarte erfolgt für verschiedene Schwerpunktmassen Mgigant/(Mgigant+Mstern). Orangene Bereiche: hochgradig stabile Bahnen Blau bis schwarz: hochgradig chaotische Bahnen Rechtecke: habitable Zonen der Exoplanetensysteme um die Sterne 14 Her, HD und HD 10697

19 Nächstes Mal: Beispiele für Terrestrische Exoplaneten und habitable Zonen