Scheinkriterien. Extrasolare Planeten und ihre Zentralsterne

Transkript

1 Extrasolare Planeten und ihre Zentralsterne

2 Rückblick Themen der letzten Vorlesung: Astronomische Koordinatensysteme Das Horizontsystem Das Äquatorsystem Astronomische Zeitangaben Universal Time Julianisches Datum

3 Rektaszension und Sternzeit Abbildung: Zur Definition von Rektaszension und Sternzeit

4 Grober thematischer Abriss Extrasolare Planeten und ihre Zentralsterne Detektion von Exoplaneten Eigenschaften von Exoplaneten Praktische Aspekte von Transitbeobachtungen Datenauswertung Eigenschaften der Zentralsterne

5 Scheinkriterien Praktische Übung und Klausur Aufgabe: Durchführung und Auswertung einer eigenen Beobachtung 1) Planung der Beobachtung 2) Ausführung der Beobachtung mit dem PTST 1 oder OLT 2 3) Reduktion der Daten 4) Analyse der gewonnen Daten Anforderung: Abgabe einer ca. 5-seitigen Ausarbeitung. Die Arbeit soll in 3er-Gruppen durchgeführt werden. Ziel: Praxisnaher Einblick in das wissenschaftliche Arbeiten 1 Planet Transit Search Teleskop 2 Oskar-Lühning-Teleskop

6 Planung der Beobachtung Ziel: Photometrische Beobachtung eines planetaren Transits Vorgabe: Objekt, Ephemeriden, Koordinaten Aufgabe: Berechnung der günstigsten Beobachtungsdaten

7 Gruppeneinteilung Gruppe Namen Matr. Nr.

8 Ausführung der Beobachtung mit dem PTST Ziel: Durchführung der Beobachtung mit dem PTST PTST: Sternwarteneigenes 60 cm Teleskop auf Mallorca Ablauf: Die Beobachtungen werden an der Sternwarte (Bergedorf) durchgeführt. Das Teleskop wird vom Rechner aus ferngesteuert. Bei den Beobachtungen wird immer jemand anwesend sein. Dauer ca. 4-5 Stunden. Erreichen bzw. verlassen der Sternwarte mit öffentlichen Verkehrsmitteln können Nachts schwierig sein. Auto? Absprechen... Wetter...

9 Wann können Transits beobachtet werden? Was sind die Anforderungen? Und wie findet man günstige Zeitpunkte? Aufgabe: Mögliche Beobachtungstermine bestimmen.

10 Zeitliche Beobachtbarkeit von Transits Transits sind periodische Ereignisse. Wichtig für Beobachtbarkeit: Periode, Referenzzeitpunkt (Transitzentrum, T 0 ), Dauer des Transits. Abbildung: Ausschnitt aus der Kepler-Lichtkurve von TrES-2.

11 Anforderungen an eine erfolgreiche Beobachtung Objekt muss sichtbar sein (Höhe über Horizont 30 ) Ausreichend (mind. 1 h) Zeit vor und nach dem Transit. Dies ist notwendig zur Normalisierung. Der Mond darf nicht im Weg sein.

12 Informationen einholen nützliche Seiten Katalogsuche SIMBAD (nicht speziell für Exoplaneten): Datenbanken für Exoplaneten: Sichtbarkeit (Staralt): Julianisches Datum UT :

13 Informationen einholen

14 Sichtbarkeit prüfen Beispiel: TrES-2 Position von TrES-2 am Himmel (z.b. von SIMBAD): α = ,035 δ = ,07 Es soll von Mallorca bzw. Hamburg aus beobachtet werden. Geographische Position: Nord, 3 östliche Länge bzw Nord, 10 östliche Länge Sichtbarkeit mittels Staralt prüfen.

15 Sichtbarkeit prüfen Staralt benutzen Einstellungen: Date Observatory (Mallorca) Coordinates Retrieve

16 Sichtbarkeit prüfen Ergebnisse von Staralt

17 Sichtbarkeit prüfen Ergebnisse von Staralt

18 Sichtbarkeit prüfen Ergebnisse von Staralt

19 Die Ephemeriden von TrES-2 Schröter et al. 2012, A&A, 539 T 0 = , , , BJD P = 2, , , d Dauer 110 min Der Fehler in der Periode beträgt 2, Sekunden! Die zugehörige Lichtlaufstrecke ist 7800 km (Erdradius).

20 Die Ephemeriden von TrES-2 Rätz,..., Schmidt et al. 2014, MNRAS, 444 T 0 = , ± 0, BJD P = 2, ± 0, d Dauer 110 min Der Fehler in der Periode beträgt 1, Sekunden! Die zugehörige Lichtlaufstrecke ist 485 km (Hamburg Frankfurt). Wie findet man beobachtbare Transits?

21 Sichtbarkeit prüfen Ergebnisse von Staralt

22 Beobachtungen von TrES-2 Transit am , 01:00 Uhr UT? 1. Mai 2012, 01:00 Uhr UT = , JD Transits finden statt zu Zeiten T n wenn n Z: T n = T 0 + n P n = T n T 0 P am 1. Mai 2012 um 01:00 Uhr UT entspricht n: , , n = 2, = 2090, , = 846,31 Für einem Transit müsste n (nahezu) ganzzahlig sein.

23 Die Suche nach geeigneten Terminen Beispielhaftes Vorgehen Nach Transits suchen die um Mitternacht stattfinden: 1. Mai 2012, 00:00 Uhr UT = ,5 JD Mitternacht am nächsten Tag entspricht JD= ,5 + 1 gemäß T n = T 0 + n P die Transitzentren berechnen, nachschauen ob die Nachkommastelle sich im richtigen Bereich befindet (z.b. um 0,5) falls ja: UT/Ortszeit berechnen und Sichtbarkeit mit Staralt prüfen.

24 Aufgabe Objekte: TrES-2, HAT-P-36, HD , TrES-3, Qatar-1, TrES-1, WASP-14, WASP-3 Jede Gruppe berechnet pro Objekt drei mögliche Termine zwischen dem und dem für PTST und OLT an denen eine Beobachtung stattfinden könnte (bitte Wochenenden beachten). Bei 3 möglichen Ersatzterminen für jeweils PTST und OLT kann gestoppt werden. Morgen werden die Gruppen anhand der heutigen Wünsche festgelegt und am Mo. den , nächste Woche werden die Beobachtungstermine koordiniert.

25 Objektdaten Tabelle: Ephemeriden der Beobachtungsobjekte Name α δ T 0 Periode Dauer [ ] [ ] JD [d] [h] TrES HAT-P HD TrES Qatar TrES WASP WASP

26 Die Messung von Licht Detektoren in der Astronomie: immer Das Auge 1839 Photographie und Photoplatte (chemisch) + Größe, Auflösung Quanteneffizienz (< 10%), Linearität, analoge Information 1940 Photomultiplier (Photoeffekt) + Linearität ± Quanteneffizienz (ca %) Auflösung 1969 Charged-Coupled-Device (CCD) Sensor (Photoeffekt) + Linearität, Auflösung, Quanteneffizienz ( 90%) Größe

27 Der CCD-Detektor Eine kurze Geschichte Der CCD-Sensor ist ein 2-dimensionaler, aus einzelnen Bildelementen bestehender Detektor Entwicklung (Konzept) an den Bell Laboratories durch Willard Boyle und George Smith (eigentlich als Speicherelement) 1970 Erster Prototyp (8 Bildelemente) Elemente in 1d und d (Fairchild) 1976 Erster Aufklärungssatellit mit CCD Technologie... Weitreichender Einsatz in Kameras in allen Bereichen 2009 Nobelpreis für Boyle und Smith

28 Die Erfinder Abbildung: Willard S. Boyle und Geoge E. Smith at Bell Labs.

29 Die ersten astronomischen CCD Bilder Abbildung: CCD-Bild des Uranus im nahen Infrarot (8900 Å) gemacht von Astronomen des GPL und der Universität von Arizona (1975).

30 Funktionsprinzip einer CCD Abbildung: Veranschaulichung der Funktionsweise einer CCD. Die Spaltenanordnung verringert den Aufwand gegenüber individuellen Anbindungen um einen Faktor n/2, wobei n die Anzahl der Eimer ist.

31 Technische Realisierung Die Belichtung Abbildung: Aufbau eines CCD Chips: Die Anordnung der Elektroden sorgt dafür, dass durch den Photoeffekt ins Leitungsband gebrachte Elektronen in Bildelementen (Pixeln) gespeichert werden.

32 Technische Realisierung Das Auslesen Abbildung: Durch periodisches Verändern der Spannung werden die gespeicherten Elektronen zum Ausleseregister transportiert und schließlich registriert.

33 Schematischer Ablauf des Auslesevorgangs Abbildung: Oben: Ladungstransfer in den Spalten; Unten: Ladungstransfer im Ausleseregister.

34 Mögliche Probleme anhand des Pluviometers Abbildung: Veranschaulichung der Funktionsweise einer CCD. Individuelle Empfindlichkeit einzelner Elemente Eimer können überlaufen bei zu hoher Niederschlagsmenge Gibt es ein Problem an einem Ventil, ist eine ganze Reihe betroffen (bad column)

35 Die Vorteile der CCD 1. Gute räumliche Auflösung 2. Hohe Quanteneffizienz 3. Große Bandbreite 4. Wenig Rauschen 5. Weiter dynamischer Bereich 6. Hohe photometrische Genauigkeit

36 Räumliche Auflösung Pixelskala Abbildung: Mosaik aus vier CCD-Chips mit jeweils Pixeln (Gesamtabmessung ca. 6 6 cm). Ein Pixel nimmt also etwa eine Fläche von µm ein.

37 Quanteneffizienz Abbildung: Quanteneffizienz verschiedener CCDs.

38 Quanteneffizienz Abbildung: Quanteneffizienz verschiedener CCDs im Röntgenbereich.

39 CCD-Bild im Röntgen Einzelne Photonen sichtbar gemacht Abbildung: CoRoT-2A im Röntgenlicht (0, 5 2 kev). Quelle: Schröter et al. 2011

40 Dynamischer Bereich und Linearität Abbildung: Dynamischer Bereich und Linearität Dynamischer Bereich: Verhältnis zwischen stärkstem und schwächsten detektierbaren Signal.

41 CCD-Bild im optischen Band Abbildung: PROMPT-Bild von CoRoT-2A und Umgebung (ca. 6 6 Bogenminuten, logarithmische Darstellung der Intensität).

42 CCD-Bild im optischen Band Schnitt durch das Bild Oben: Ausschnitt des vorhin gezeigten Bildes mit Profilrahmen (grün). Unten: Über die Breite des oben gezeigten Rahmens gemittelte Counts (rechts oben nach links unten).