Info: diese Präsentation beinhaltet sowohl reale Himmelsaufnahmen als auch künstlerische Darstellungen

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1 Info: diese Präsentation beinhaltet sowohl reale Himmelsaufnahmen als auch künstlerische Darstellungen

2 Die Jagd nach fremden Welten Stefan Hippler Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg Image Credit Yuri Beletsky Robert-Mayer-Sternwarte Heilbronn November 2010

3 Übersicht Exoplaneten: von der reinen Vorstellung zu echten Photographien Wie entstehen (Exo)Planeten Wie werden Exoplaneten gefunden und untersucht Ausblick

4 Frühe Aufzeichnungen vor ca Jahren Hauptwerk: 37 Bücher Peri physeos Über die Natur

5 Zweite Hälfte des 16. Jahrhunderts Innumerable suns exist; innumerable earths revolve around these suns in a manner similar to the way the seven planets revolve around our sun. Living beings inhabit these worlds. Giordano Bruno, italienischer Priester, Dichter und Philosoph im 16. Jahrhundert

6 Science Fiction 1961 Perry Rhodan 1656 Cyrano de Bergerac 1752 Voltaire 1897 Kurd Laßwitz 1907 Hans Dominik Serie Perry Rhodan Titelbild 2204 bei Pabel-Moewig Verlag anfragen Illustration: Alfred Kelsner Pabel-Moewig Verlag

7 Der Anfang der Teleskop-Astronomie Hans Lipperhey, Brillenhersteller aus den Niederlanden, konstruierte das erste Teleskop (Refraktor) im Jahr 1608 Galileo Galileis Entdeckung einiger Jupitermonde; Galileischen Monde (1610); die ersten Himmelsobjekte, die nicht die Erde umkreisten (geozentrisches Weltbild?). Galileis Teleskop hatte eine Vergrößerung von ~ 14 Johannes Kepler entdeckte die 3 Gesetze der Planetenbewegung (1+2: 1609, 3: 1618)

8 1. Kepler-Gesetz Die Planeten bewegen sich auf elliptischen Bahnen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht. 2. Kepler-Gesetz Ein von der Sonne zum Planeten gezogener "Fahrstrahl" überstreicht in gleichen Zeiten gleich große Flächen. 3. Kepler-Gesetz Die Quadrate der Umlaufzeiten zweier Planeten verhalten sich wie die dritten Potenzen (Kuben) der großen Bahnhalbachsen.

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10 Jupiter Aufnahmen mit einer Videokamera Calar Alto 2.2m, June 2006

11 Jupiter Aufnahmen mit einer Videokamera Calar Alto 2.2m, June 2006

12 Jupiter Aufnahmen mit einer Videokamera Calar Alto 2.2m, June 2006

13 Galileische Monde mit einem 200mm Objektiv beobachtet Orbitradius von Europa ~ 0.7 Mio km Distanz ~ 5 AU ~ 750 Mio km Verhältnis ~ 1/1000 ~ 200 (Auge: 60 )

14 400 Jahre später

15 400 Jahre später

16 400 Jahre später

17 400 Jahre später

18 400 Jahre später

19 Image credit: Babak Tafreshi & P-M Heden

20 HR 8799 (2008) Orbitradius des Begleiters d ~ 24 AU ~ 3.6 x 10 9 km Distanz ~ 130 Lichtjahre ~ 1.2 x km Verhältnis ~ 3/ ~ 0.6 (Auge 60, Atmosphäre 1 )

21 Fomalhaut in 25 Lichtjahre Entfernung Paul Kalas et al. 2008

22 Definitionen Ein Himmelskörper ist ein Planet, wenn er sich auf einer Bahn um die Sonne befindet und über eine ausreichende Masse verfügt, um durch seine Eigengravitation eine annähernd runde Form (hydrostatisches Gleichgewicht) zu bilden und die Umgebung seiner Bahn bereinigt hat. Ein Exoplanet oder Extrasolarer Planet ist ein Planet außerhalb des Sonnensystems, der einen anderen Stern als die Sonne umkreist.

23 Schlüsselfragen Was ist die Natur von Exoplaneten, wie facettenreich sind Exoplaneten-Systeme? Wie entstehen überhaupt Planeten?

24 Die Hauptfrage: Sind wir alleine im Universum?

25 Übersicht Exoplaneten: von der reinen Vorstellung zu echten Photographien Wie entstehen (Exo)Planeten Wie werden Exoplaneten gefunden und untersucht Ausblick

26 Entstehung von Sternen und Planeten auf einem Blick

27 Entstehung von Sternen und Planeten auf einem Blick Cloud

28 Entstehung von Sternen und Planeten auf einem Blick Core Cloud

29 Entstehung von Sternen und Planeten auf einem Blick Core Protostar Cloud

30 Entstehung von Sternen und Planeten auf einem Blick Core Protostar Disk & envelope Cloud

31 Entstehung von Sternen und Planeten auf einem Blick Core Protostar Disk & envelope Planet formation Cloud

32 Entstehung von Sternen und Planeten auf einem Blick Size: 7 decades Main-sequence star with planetary system Pre-stellar Class 0 Core Class I YSO Protostar Class II YSO Disk & envelope Planet formation Density: 21 decades Cloud

33 Das Standardmodell der Planetenentsehung: Wie mache ich einen Planeten? Schritt für Schritt

34 Geburtsstätte von Sternen: Molekülwolken Ophiuchus Giant Molecular Cloud (by Loke Tan)

35 Geburtsstätte von Sternen: Molekülwolken Ophiuchus Giant Molecular Cloud (by Loke Tan)

36 Geburtsstätte von Sternen: Molekülwolken Ophiuchus Giant Molecular Cloud (by Loke Tan)

37 Lupus 1 Serpens Lupus V Cha Lupus 1II Lupus Complex Orion B Sterne und Planeten entstehen in Molekülwolken: ein Forschungsschwerpunkt am MPIA L204 L1333 Coalsack Cha I Orion A CrA L1719 L483 Ophiuchus Taurus L1228 Musca Pipe Jouni Kainulainen, MPIA

38 Kernschein entdeckt: MPIA PR Die Molekülwolke CB 244 im Sternbild Cepheus, rund 650 Lichtjahre entfernt. Das Licht der Milchstrasse wird von den Molekülwolken unterschiedlich gestreut. Optisches Licht wird an submikrometer großen Teilchen geblockt. Infrarot Licht wird an ca. 1 Mikrometer großen Teilchen gestreut.

39 Kollaps einer Molekülwolke in einer Computersimulation Größe der Wolke: 100 AU, Größe des Wolkenkerns nach dem Kollaps: 5 AU

40 Kollaps einer Molekülwolke in einer Computersimulation Größe der Wolke: 100 AU, Größe des Wolkenkerns nach dem Kollaps: 5 AU

41 =ncqiajp cadp ]qb Eii]jqah G]jp $-311% vqn _g* >ak^]_dpqjcaj* cn ajkn`jqjcoi ec ranûkooaja Pdaknapeo_d san`aj vsae Ajpse_g) Ajpse_ghqjcovaep qj` `ea saoajphe_daj Weitere Zutaten: Staub und Gas >]h` j]_d `ai =qbgkiiaj `an Ejbn]) nkp]opnkjkiea rkn aps] 0, F]dnaj sqn`a hqjcosaca `eogqpeanp( `ea rkj `an `]^ae ]^h]qbaj`aj Lnkvaooa oej` ]jca) vengqiopahh]naj O_dae^a vqi banpecaj ca^aj* Hubble/NICMOS Aufnahme Computer Modell j 3 & 3 Ij[hd IY^[_X[ >IJ '&'* c JkhXkb[dj[ IY^[_X[ Wki =Wi kdz IjWkX IRAS ist ein Stern der von W einer Staubscheibe IY^[_X[" led Z[h AWdj[ ][i[^[d$ verdeckt wird und den ihn umgebenden Nebel anstrahlt. :_h[aj X[eXWY^jXWh[" Zkdab[ p_hakcij[bbwh[ fhe I[akdZ[ Die Staub- und Gasscheibe hat einen Durchmesser von 130 Milliarden km und eine Masse vergleichbar dem solaren Urnebel..&&,# j 3 '&hin, Die hellen Haarbüschel deuten auf Staub und Gas die auf die Scheibe fallen.,&&

42 Künstlerische Darstellung eines Protosterns

43 Künstlerische Darstellung einer Staubscheibe

44 paj* $_% >ae vqjadiaj`an Cn a sen` `ea Cavaepajsa_doahsengqjc vseo_daj `aj j]_d `aj rkndanno_daj`aj Qiop Cn]rep]pekj se_dpec6 Oeiqh]pekjaj vaecaj( Lh]japaj qj` `an O_dae^a gkiip ao b n ^ae`a Saca* `]oo ]qo `ai Cn]rep]pekjogkhh]lo aejan `ea s]_doaj`aj C]oneaoaj vqi =qo) Die ersten Jahre: von Mikrometer großen Staubteilchen zu Planetesimalen( km) j 3 '&) # DQ>ANP PDKI=O D j 3 '&* # '&, c ' c '&#, c X AeW]kbWj_ed0 8hemdiY^[ 8[m[]kd]" I[Z_c[djWj_ed" Y 8_bZkd] Z[h FbWd[j[i_cWb[0 jkhxkb[dj[ L[hZ_Y^jkd] Koagulation: Brownsche :h_\j" ½Ij_Ya_d]¼ Bewegung, Sedimentation, Drift, Sticking Bildung der Planetesimale: turbulente Verdichtung und Gravitation kdz =hwl_jwj_ed ~ 1 Meter Barriere! j 3 '&+# j 3 '&+#

45 X AeW]kbWj_ed0 8hemdiY^[ 8[m[]kd]" I[Z_c[djWj_ed" Y 8_bZkd] Z[h FbWd[j[i_cWb[0 jkhxkb[dj[ L[hZ_Y^jkd] Von Planetesimalen zu Planeten innerhalb 1 Mio Jahre :h_\j" ½Ij_Ya_d]¼ j 3 '&+# kdz = j 3 '&+# =Wi A[hd '&* # '&, c '&. c '&, # '&- c 7 Akkretion der Gasteilchen: Abkühlung und Kontraktion (&&/ Bildung des Kerns: Gravitation *)

46 Planet ist nach 1-10 Mio Jahren fertig, kann im System migrieren und mit anderen Körpern wechselwirken W JkhXkb[dj[ IY^[_X[ Wki =Wi kdz IjWkX :_h[aj X[eXWY^jXWh[" Zkdab[ p_hakcij[bbwh[ HWZ_Wb][iY^m_dZ_]a[_j _d C[j[hd fhe I[akdZ[ IY^[_X[" led Z[h AWdj[ ][i[^[d$.&& j 3 '&,# *&& (&& & & &"+ ' '"+ ( F^Wi[ Nachweisbare Exoplaneten (Doppler-Methode, Transits, Photoaufnahmen,... '&') c Migration und resonante Wechselwirkung

47 Ein paar Daten zu Exoplaneten (1) PSR B a+b, die ersten Exoplaneten (2) wurden um einen Pulsar im Jahr 1992 von Aleksander Wolszczan gefunden. 51 Pegasi b ist der erste entdeckte Exoplanet um einen Stern ähnlich unserer Sonne. Umlaufzeit 4 Tage. Typ: hot Jupiter auch roaster genannt (1995). Michel Mayor, Didier Queloz. Das 55 Cancri System. Eines der größten Planetensysteme mit 5 Planeten ( )

48 Ein paar Daten zu Exoplaneten (II) TW Hydrae, der jüngste Exoplanet gefunden 2007 (Heidelberg). Umstritten. Exoplaneten gefunden am MPIA: >13. Corot-7b entdeckt im September 2009; Der erste Gesteinsplanet.

49 Ein paar Daten zu Exoplaneten (III) Herbst 2010: ~500 Exoplaneten entdeckt Sommer 2010: Dimitar Sasselow kündigt hunderte Erdähnliche Planeten an:

50 Ein paar Daten zu Exoplaneten (III) Herbst 2010: ~500 Exoplaneten entdeckt Sommer 2010: Dimitar Sasselow kündigt hunderte Erdähnliche Planeten an:

51 Die bewohnbare Zone

52 Die bewohnbare Zone g f

53 Übersicht Exoplaneten: von der reinen Vorstellung zu echten Photographien Wie entstehen (Exo)Planeten Wie werden Exoplaneten gefunden und untersucht Ausblick

54 Wie findet man Exoplaneten?

55 Instrumente und Methoden um Exoplaneten zu finden und zu untersuchen

56 Instrumente und Methoden um Exoplaneten zu finden und zu untersuchen

57 Instrumente und Methoden um Exoplaneten zu finden und zu untersuchen

58 Instrumente und Methoden um Exoplaneten zu finden und zu untersuchen

59 Instrumente und Methoden um Exoplaneten zu finden und zu untersuchen

60 Direkte Beobachtungsmethoden Bildaufnahme mit Adaptiver Optik und ADI Bildaufnahme mit Koronografen Nulling-Interferometrie Hinfliegen

61 T Tauri beobachtet mit NACO Distanz: 460 Lichtjahre 2008

62 Adaptive Optik

63 Das Kontrastproblem

64 Angular Differential Imaging (ADI)

65 Angular Differential Imaging (ADI)

66 August 2009: Begleiter um GJ 758 gefunden May August ca. 50 Lichtjahre entfernt

67 August 2009: Begleiter um GJ 758 gefunden November May August 3 σ ca. 50 Lichtjahre entfernt

68 Positive Resonanz in den Medien Volltreffer bei der Planetenjagd: Astronomen aus dem Max-Planckb Institut für Astronomie haben einen lichtschwachen Himmelskörper c entdeckt und direkt abgebildet, der den Stern GJ 758 umläuft. Die d geschätzte Masse liegt zwischen 10 und 40 Jupitermassen. Demnach handelt es sich bei dem Fund entweder um einen Riesenplaneten oder um einen Braunen Zwerg, eine verhinderte Sonne. Eines ist sicher: Mit einer Temperatur von etwa 330 Grad Celsius ist GJ 758 B der kälteste, jemals direkt abgebildete Begleiter eines sonnenähnlichen Sterns (arxiv.org/abs/ ). trace of planet c spectra?

69 Positive Resonanz in den Medien Volltreffer bei der Planetenjagd: Astronomen aus dem Max-Planckb Institut für Astronomie haben einen lichtschwachen Himmelskörper c entdeckt und direkt abgebildet, der den Stern GJ 758 umläuft. Die d geschätzte Masse liegt zwischen 10 und 40 Jupitermassen. Demnach handelt es sich bei dem Fund entweder um einen Riesenplaneten oder um einen Braunen Zwerg, eine verhinderte Sonne. Eines ist sicher: Mit einer Temperatur von etwa 330 Grad Celsius ist GJ 758 B der kälteste, jemals direkt abgebildete Begleiter eines sonnenähnlichen Sterns (arxiv.org/abs/ ). trace of planet c spectra?

70 Positive Resonanz in den Medien Volltreffer bei der Planetenjagd: Astronomen aus dem Max-Planckb Institut für Astronomie haben einen lichtschwachen Himmelskörper c entdeckt und direkt abgebildet, der den Stern GJ 758 umläuft. Die d geschätzte Masse liegt zwischen 10 und 40 Jupitermassen. Demnach handelt es sich bei dem Fund entweder um einen Riesenplaneten oder um einen Braunen Zwerg, eine verhinderte Sonne. Eines ist sicher: Mit einer Temperatur von etwa 330 Grad Celsius ist GJ 758 B der kälteste, jemals direkt abgebildete Begleiter eines sonnenähnlichen Sterns (arxiv.org/abs/ ). trace of planet c spectra?

71 Indirekte Beobachtungsmethoden Doppler Spektroskopie (Radialgeschwindigkeitsmethode, RV) Transitmethode Astrometrie Pulsar Zeitmessungen Microlensing - Lichtvariationen von Hintergrundsternen durch ein in der Sichtlinie liegendes Planetensystem

72 Die Doppler Spektroskopie or Radial velocity (RV) Technik

73 51 Pegasi Michel Mayor & Didier Queloz Nature 378 (1995) Entfernung: ~50 Lichtjahre Masse: 0.47 M_jup * sin(i) Periode: 4.23 Tage Orbitradius: 0.05 AU Typ: ROASTER

74 Radialgeschwindigkeit K* der Sonne verursacht durch Jupiter mit P~12 Jahre, e=0 und i=90 Grad? Radialgeschwindigkeit K* der Sonne verursacht durch die Erde?

75 Radialgeschwindigkeit K* der Sonne ~12.4 m/s ~ 45 km/h verursacht durch Jupiter mit P~12 Jahre, e=0 und i=90 Grad? Radialgeschwindigkeit K* der Sonne verursacht durch die Erde?

76 Radialgeschwindigkeit K* der Sonne ~12.4 m/s ~ 45 km/h verursacht durch Jupiter mit P~12 Jahre, e=0 und i=90 Grad? ~0.09 m/s ~ 0.3 km/h Radialgeschwindigkeit K* der Sonne verursacht durch die Erde?

77 Indirekte Beobachtungsmethoden Doppler Spektroskopie (Radialgeschwindigkeitsmethode, RV) Transitmethode Astrometrie Pulsar Zeitmessungen Microlensing - Lichtvariationen von Hintergrundsternen durch ein in der Sichtlinie liegendes Planetensystem

78 Transitbeobachtungen Helligkeitsvariationen aufgrund der Bedeckung des Sterns durch z.b. einen Planeten

79 Messwerte die aus Transitbeobachtungen gewonnen werden Transit Messwerte: Transit Tiefe df = (Rp/R*) 2 -> Radius Rp (df ~ 1% Jupiter/Sonne) Periode P = (4π 2 a 3 /GM*) 1/2 -> Orbit Radius a Transit Dauer (tflat/tt) 2 = ([1-Rp/R*] 2 -[(a/r*) cos i] 2 ) ([1+Rp/R*] 2 -[(a/r*) cos i] 2 ) -> Inklinationswinkel i (wenn R*, M* bekannt sind) i+rv -> Masse und Dichte des Planeten

80 Sekundäre Transit Spektroskopie Isolierung des Spektrums eines Planeten

81 Wasser Signatur Spektrum der Tagesseite von HD b Hot Jupiter in 63 Lichtjahren Entfernung; Grillmair 2008

82 Ausblick

83 Forschungsprojekte am MPIA HAT-South (photometry, transits) * Namibia, Australia, Chile Pan-Starrs (photometry) * Maui SERAM (doppler spectroscopy, RV) * La Silla ESPRI (astrometry, µarcsec level) * Paranal SPHERE (imaging, spectroscopy, high contrast) * Paranal GRAVITY (astrometry, 10 µarcsec level) * Paranal SEEDS (high contrast imaging) * Mauna Kea METIS (imaging, spectroscopy, high contrast) * Armazones Weitere Infos unter:

84 Es muss nicht immer EXO sein Photo credit: Gerhard Hüdepohl

85 Ende