Earth- like habitable planets

Transkript

1 Earth- like habitable planets Wie detektiert man Exoplaneten und was ist der aktuelle Stand der Forschung? Von

2 FRAGEN STELLEN!!

3 Inhalt Was sind (Exo)Planeten? Welche Möglichkeiten gibt es Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu entdecken? Welche Schlüsse kann man aus den aktuellen Daten ziehen?

4 Definiton(IAU August 2006) Sphärisch rund aufgrund eigener Schwerkraft(Mindestmasse/Mindestgröß e) Direkt um die Sonne kreisen Umlaufbahn frei geräumt haben(klar dominierende Körper)

5 (Exo)Planeten Absichtlich weil umstritten keine obere Massengrenze Definition anwendbar auf Objekte die um andere Sterne kreisen (Exoplaneten) Schwer verifizierbar: hat ein Planetenkandidat seine Umlaufbahn frei geräumt

6 (Exo)Planeten Folge: Exoplaneten-Kandidaten erfüllen nicht alle Kriterien(stand Mai. 2007) Laut Definition ist Pluto kein Planet Neue Klasse Zwergplanet-wie Planet nur Umlaufbahn nicht freigeräumt Pluto, Eris (weit hinter Pluto) und Ceres (Zwischen Mars und Jupiter)

7 (Exo)Planeten Hinweis: Analog zu unserem Sonnensystem Extrasolare Planetensysteme aus (Zwerg)Planeten, Meteoriten, Asteroiden und Staubscheiben (z.t bereits indirekt durch IR detektiert) Bei einem Fünftel der Sterne mit Planetekandidaten handelt es sich um Mehrfachsternsysteme

8 Wie entdeckt man Planeten bei anderen Sternen? Welche Methoden sind bekannt? Ideen? Welche der folgenden Methoden sind geeignet Earth-like habitable planets zu finden?

9 Wie entdeckt man Planeten bei anderen Sternen? Radialgeschwindigkeit Transits Direkt Astrometrie Pulsar-Timing Mikrolensing

10 Radialgeschwindigkeit Erfolgreichste Suchmethode Erstmals möglich Planeten um Sterne zu finden Marcy und Butler(1995) Wellenlängenverschiebung v R c

11 Radialgeschwindigkeit Aus der Messung der Radialgeschwindigkeit werden Orbitparameter des Begleiters abgeleitet Im folgenden wird die Planetenbahn als kreisförmig angenommen Die Masse des Planeten kann durch den Schwerpunktsatz bestimmt werden a Stern M Stern =a Begleiter M Begleiter

12 Radialgeschwindigkeit Es gilt: M Stern M Begleiter und a Begleiter a Stern Wegen Schwerpunktsatz: Mit a Stern a Begleiter 3 = G T 2 M Stern M Begleiter 4 2 Große Habachse ist Fuktion von Sternmasse und Umlaufperiode a Stern M Stern =a Begleiter M Begleiter folgt a Begleiter 3 = GT2 M Stern 4 2

13 Radialgeschwindigkeit Unter Berücksichtigung von erhält man mit 3 a Begleiter = GT2 M Stern 4 2 T v Stern =2 a Stern a Stern = T v Stern 2 a Stern M Stern =a Begleiter M Begleiter und Problem? M Begleiter = T v SternM Stern 2 a Begleiter

14 Radialgeschwindigkeit Nur radialer Anteil der Umlaufgeschwindigkeit bestimmbar Inklinationswinkel i nicht bekannt Ausnahme - Transitfall v Stern sin i =v radial

15 Radialgeschwindigkeit Alles zusammen folgt M Begleiter sin i =v radial M SternT 2 G 1/ 3 =v radial M Sterna Begleiter G Durch Messung der Radialgeschwindigkeit Angabe minimaler Massengrenze möglich

16 Radialgeschwindigkeit Beispiele Jupiter 12 m/s Erde 0,04 m/s Erster entdeckter Exoplanet 51 Peg 50 m/s Heute bis 2 m/s detektierbar(stand 2007)

17 Radialgeschwindigkeit Beispiel zur Messung

18 Radialgeschwindigkeit Fazit: Es lassen sich bei Sternen mit Sonnenmasse Jupitergroße Exoplaneten entdecken Je kleiner die Sterne desto kleiner die entdeckbaren Exoplaneten Sterne sind bis mal schwerer als Planeten

19 Transits Begleiter zwischen Beobachter und Stern Kleiner Teil der sichtbaren Sternenoberfläche wird bedeckt Als Folge Rückgang der Sternenhelligkeit Stärke des Helligkeitseinbruchs: df F = A Begleiter = R Begleiter A Stern R Stern 2

20 Transits

21 Transits Maximale Transitzeit i = 90 grad Beobachtungswahrscheinlichkeit entspricht Verhältnis Raumwinkels Transit sichtbar zum gesamten Raumwinkel Für unser Sonnensystem: T= 2R Stern v Begleiter P= Transit Gesamt = R Stern a Begleiter

22 Transits Gut geeignet um enge Begleiter zu finden Wenige Beobachtet (27 von 271) Daten aus Radialgeschwindigkeitsmessung + Radius des Begleiter (Transitmessung) Dichte berechenbar

23 Transits Methode vielversprechend Messgenauigkeit der Flussänderung: Erdboden tausendstel Satellit millionstel Erdgroße Begleiter detektierbar! Sterne sind 10 bis 100 mal Größer als ihre Begleiter

24 Direkt Von substellaren Begleitern heute bereits möglich Im IR Braune Zwerge Große Bedeutung Aufnahme von Spektren

25 Direkt Stern GQ Lupi mit Begleiter

26 Astrometrie Stern kreist um Baryzentrum Projeziert auf Himmelsebene Kreis bzw. Ellipsenbewegung Vom Beobachter im Abstand d detektierbar

27 Astrometrie Winkel unter dem die große Halbachse a Beobachter erscheint ~tan = a Begleiter M Begleiter M Stern d (Schwerpunktsatz)

28 Astrometrie Begleitermasse direkt messbar Inklinationswinkel i bestimmbar gestrichelt Eigenbewegung plus Parallaxe

29 Pulsar- Timing Erster überhaupt entdeckter Begleiter planetarer Masse(1992 Woloszczan und Frail) mit dieser Methode Prinzip wie Radialgeschwindigkeit Die Ankunftszeit der Radiopulse wird gemessen

30 Pulsar- Timing Zubewegung auf Beobachter Höhere Frequenz Wegwegung von Beobachter Niedrigere Frequenz Hohe Messgenauigkeit da Zeitmessung sogar erdähnliche Körper detektierbar

31 Mikrolensing Phänomen der Gravitationslinse benutzt Objekt im Vordergrund(Linse) verstärkt Licht von Objekt im Hintergrund(Quelle)

32 Mikrolensing Abstandseinheit Einsteinradius in Bogenmaß E= 4GM c 2 Linse mittig zwischen Beobachter und Quelle Radius maximal Wirkungsbereich der Linse am größten Gravitationslinse d LS d L d S durch Planet verstärkt

33 Erkenntnisse z.b. Temperatur Idee?

34 Erkenntnisse Transit Begleiter verschwindet hinter dem Stern- IR Strahlung messen HD b, 2000 Grad heißester bekannter Planet vermutlich schwarz HD b, 930 Grad Tag- 650 Grad Nachtseite wendet Stern immer gleiche Seite zu- Unterschied müsste größer sein- Starke Winde 9000 km/h

35 Methodisch bedinge Selektion Jupitermasse 8 x 10^27

36 Methodisch bedinge Selektion Jupitermasse 8 x 10^27

37 Methodisch bedinge Selektion Jupitermasse 8 x 10^27

38 Zusammenfassung Heute schlecht möglich erdähnliche Planeten zu finden Erfolgreichste Planetensuchmethode stößt an grenzen Andere entwickeln sich weiter Erkenntnisse mit Vorsicht zu genießen starke Selektion

39 Literatur

40 Radialgeschwindigkeit Maximale Messgenauigkeit von 1 m/s heute schon fast erreicht Sonnenflecken erzeugen einen Effekt dieser Größenordnung z.b. geht ein Fleck auf verdunkelt er diese Seite des Sterns Folge: es entfernt sich mehr Leuchtende Sonnenatmosphäre -- Rotverschiebung

41 Direkt Direkte Beobachtung von Begleitern planetarer Masse heute nicht möglich Im optischen vom Planeten kommendes Licht nur reflektiertes Licht Planet Radius r im Abstand a gilt F Begleiter F Stern Für Jupiter im sichtbaren eins zu einer Milliarde und eins zu zehntausend im IR Planeten (auch alte) strahlen z.t. Im IR R Begleiter a Begleiter

42 Direkt Detektionstechniken: Abdecken des Sternpunktes Destruktive Interferenz am Sternort Stern ist 10 -Milliarden mal heller im Sichtbaren und 10 Millionen mal heller (als Erdgroßer) Planet im IR Spektralbereich

43 Astrometrie Im pc Abstand Winkelamplitunden im Mikrobogensekundenberech In 10 pc: Jupiter 500 ; Erde 0,3 Methode bis heute erfolglos In Zukunft Messungen mit Mikrobogensekunden Meßfehler möglich

44 Mikrolensing Geeignet Planetare Begleiter bis Erdmasse aufzuspüren Für große Entfernungen Bereits einige verdächtige Kurven entdeckt