ExoPlaneten Die Suche nach der 2. Heimat. Max Camenzind Senioren Würzburg November 2014

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1 ExoPlaneten Die Suche nach der 2. Heimat Max Camenzind Senioren Würzburg November 2014

2 Komet 67P Komet 67P: Perihel: 1,2432 AE Aphel: 5,689 AE a = 3,463 AE e = 0,6412 P = 6,44 a i = 7,04 Rot = 12,4 h

3 67P Kometenbahn 2015

4 Motivation Eine der ältesten Fragen der Menschheit: Sind wir allein im Universum? Ist unser Planetensystem einmalig? Es gibt 300 Mrd. Sterne in der Milchstraße Die meisten haben < 2 Sonnenmassen Planetensysteme entwickeln sich fast immer Ist unser Sonnensystem der Normalfall? Die Suche nach Planeten ist eine experimentelle Herausforderung.

5 Unsere nächsten Nachbarn + P ExoPlanet? Periode = 3,236 d Achse = 0,04 AE

6 alpha Centauri Doppelstern

7 alpha Centauri Planeten?

8 Uninteressant! Zu jung!

9 Unsere Themen Wonach suchen wir? Hat jeder Stern ein Planetensystem? Wie kann man Planeten finden? Direkte Abbildung ist selten möglich. Radialgeschwindigkeitsmethode Transit-Methode Ergebnisse zu Kepler Wie ist der Stand Ende 2014? 2000 ExoP Wieviele Planeten in der Habitablen Zone? Künftige Missionen: TESS, PLATO,

10 Wonach suchen wir? Sterne: Selbstgravitierende Gaskugeln, Energiebedarf wird/wurde durch (Wasserstoff-) Fusion gedeckt (davon 300 Mrd. in der Galaxis). Grenzmasse von 0,08 M = 80 M J Braune Zwerge: Energiebedarf wird anfänglich durch Deuteriumfusion gedeckt, nur Kontraktion. Grenzmasse von 0,013 M =13 M J Planeten: Keine Fusionsprozesse, Umwandlung nur von potentieller Gravitations-Energie bei Kontraktion + Einstrahlung vom Stern.

11 Das Problem Braune Zwerge und Planeten sind extrem lichtschwach: Leuchtkraft: L R T L R T 2 eff eff, 4 Brauner Zwerg: L L Planet: L L

12 Unser Planetensystem - Sehr geordnet - der Normalfall?

13 Klassen von Planeten 4 Rocky Planets Erd-ähnlich Super-Erden Super-Erden fehlen 4 Gasplaneten Jupiter-artig Neptun-artig

14 ExoPlaneten bis heute

15 Planeten entstehen noch heute

16 Planeten entstehen immer

17 HD / Spitzer / JPL / NASA

18 HL Tau ALMA 2014 Gaps Planeten? 1500 LMinuten

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20 Detektionsmethoden

21 Doppler Methode

22 Bahn von der Seite: Doppler-Verschiebung optimal messbar Bahn von oben: Doppler-Verschiebung nicht messbar.

23 Beispiel: Gliese 436b

24 Gliese 876 b: Stern M4 V Distanz: 4,69 pc Masse: 0,32 MS Temperatur: 3350 K Periode: 60,9 d Halbachse: 0,21 AE

25 Gliese 876 b: Stern M4 V Distanz: 4,69 pc Masse: 0,32 MS Temperatur: 3350 K Periode: 60,9 d Halbachse: 0,21 AE

26 The diagram shows the variatios of the radial velocity of TW Hydrae as observed in early The data can best be described as an oscillation with a period of 3.6 days, caused by a giant planet orbiting around the star.

27 Histo Doppler-Amplituden Instrumentelle Grenze

28 Histo Doppler-Amplituden 2014

29 Dopplermessungen Masse 3. Keplersches Gesetz zusammen mit Impulserhaltung liefert MPl sin i Msvs sin i 3 2 GM P s Sternmasse aus Spektroskopie, Geschwindigkeit v sini über Dopplereffekt messen & Periode P bestimmen. Jedoch: der Effekt ist sehr klein: Jupiter auf Sonne: 15 m/s oder 0,0003Å bei 6000Å Saturn auf Sonne: 2,7 m/s oder 0,00006Å bei 6000Å

30 Histo Planetenmassen M sini Neptun-artige Jupiter-artige

31 Die Transit-Methode

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33 Kepler Teleskop

34 Kepler Sternenfeld

35 Kepler 10b der Erdähnliche

36 Kepler 10b die Lichtkurve

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38 Kepler 10b Dichte = 8,8 g/cm³

39 Kepler 11 die Lichtkurve

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42 arxiv:

43 arxiv:

44 3 Jahre Kepler-Daten ExoPlaneten Archiv exoplanets.org Bis November 2014: 989 Planeten 4178 Kandidaten 2165 Doppelsterne

45 Einstrahlung

46 Histo Transit-Dauer in hr M. Camenzind 2014

47 Histo Transit-Tiefe (R * /R P )² Jupiters Erden M. Camenzind 2014

48 F-Sterne K-Sterne G-Sterne Masse der Sterne <M> = 0,98 M S A-Sterne M-Sterne M. Camenzind 2014

49 Temperatur der Sterne G-Sterne M-Sterne K-Sterne F-Sterne M. Camenzind 2014

50 Grafik: Eric Gaidos 2013 HRD Kepler-Sterne

51 Masse der Exoplaneten SuperErden Erden Neptune Jupiters M. Camenzind 2014

52 Radien der Exoplaneten M. Camenzind 2014

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54 Bahnen der Exoplaneten 3 Jahre Kepler Beobachtung Gezeitengrenze = Roche-Grenze für Sonne M. Camenzind 2014

55 Bahn-Perioden der Exoplaneten M. Camenzind 2014

56 Planetensysteme exzentrisch Sonnensystem Sonnensystem Pluto

57 Massen vs Halbachsen Hot Jupiter Kepler 2014 Jupiters Neptun Gezeitengrenze = Roche-Grenze für Sonne Super-Erden + Mini-Neptune 4 innere Planeten M. Camenzind 2014

58 Radien vs Bahn-Perioden Gezeitengrenze = Roche-Grenze für Sonne M. Camenzind 2014

59 J. Lissauer 2014

60 J. Lissauer 2014

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62 Potenziell Habitable ExoPlaneten

63 The star Gliese 667C is now the best candidate for harboring habitable worlds.

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66 Das Kepler-186 Planetensystem

67 Das System Kepler-186 Planet Masse a [AE] P [d] Ecc e Inklinat Radius b -- 0,0378 3,88679 < 0,24 83,86 1,08 R E c -- 0,0574 7,26730 < 0,24 85,94 1,25 d -- 0, ,3429 < 0,25 87,09 1,39 e -- 0, ,4077 < 0,24 88,24 1,33 f -- 0, ,949 < 0,34 89,9 1,13 Kepler-186a: Masse: 0,478 M S Radius: 0,52 R S Temperatur: 4048 K Distanz: 151 pc

68 Super-Erden Kepler-186f Grafik: Lisa Kaltenegger 2013

69 Irdische Planeten Nadel im Heuhaufen Mindestens alle isoliert lebenden Sterne zwischen 0,3 und 2 Sonnenmassen ( K) dürften Planetensysteme entwickelt haben. Massereiche Sterne leben zu kurz und sind zu heiß, um Planetensysteme auszubilden. Sehr massearme Zwerg-Sterne sind zu kühl. Es könnte in der Milchstraße damit etwa einige Milliarden (terrestrische) Planeten in der habitablen Zone geben. Wieviele von diesen Planeten tatsächlich höheres Leben entwickelt haben, ist noch schwer abzuschätzen < 0,01% > 1 Mio. Sterne überwachen Planeten mit Leben zu finden.

70 Mission Roadmap Science Roadmap Vollständige Erfassung ExoPlaneten d < 300 pc Zukunft Charakterisierung der Welt der ExoPlaneten Unsere nächsten Nachbarn innerhalb von 100 Lichtjahren: Überwachung von Planetensystemen und Suche nach Habitablen Klimas Auswandern? Ground-Based Mission-Supporting Observations: CARMENES,.. TESS/NASA PLATO/ESA JWST HST WFIRST+C F-DIM: (Flagship Direct Imaging Mission) Spitzer Kepler Transit Char. Mission? Astrometry Mission? M. Camenzind 2014

71 Future: TESS = Kepler 2.0 NASA Satellit 2017 / 200 Mio. Transiting Exoplanet Survey Satellite Wird 2,5 Mio. Sterne in der Sonnenumgebung überwachen! d < 100 pc

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73 Suche nach ExoPlaneten bei 300 M-Zwergen / Calar Alto

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75 CARMENES hängt am 3,5 m Calar Alto Teleskop

76 PLAnetary Transits and Oscillations of stars M Mission der ESA Approved Start ~2024

77 PLATO Optische Bank

78 PLATO-Instrumentierung

79 PLATO-Felder

80 11/25/2014 ExoPlaneten mit JWST

81 11/25/2014 ExoPlaneten mit JWST

82 Was wissen wir heute? Planeten entstehen bei (fast) allen massearmen und sonnenartigen Sternen: von 0,1 2 Sonnenmassen. Doppler-Methode findet vor allem massereichere Planeten HARPS systematische Untersuchung 50 neue Planeten gefunden auch mit Super-Erden. Transit-Methode beste Methode Ergebnisse von Kepler für P < 300 Tage ergaben 989 Planeten KOIs aus Sternen Überwachung von ~ 1 Mio. Sternen über 10 Jahre 1 lebensfähige Erde! Mit Transitmethode werden nur etwa R * /a = 0,5-1% aller sonnenartigen Sterne erfasst! Ergebnisse für P < 3 Jahre Kepler-Daten sind reichhaltig. Irdische Planeten mit Leben bleibt abzuwarten!