Exkurs: Exoplanetenforschung

Transkript

1 Exkurs: Exoplanetenforschung

2 Die Frage, ob es da draußen im Kosmos irgendwo Außerirdische gibt, ist eng mit der Existenz bewohnbarer planetarer Körper verbunden den Exoplaneten... Bis zu Beginn der 90ziger Jahre war die Frage nach extraterrestrischen Planeten eine rein akademische Frage. Man machte sich auch nur wenig Hoffnung, in absehbarer Zeit welche aufzufinden. Heute ist die Exoplanetenforschung ein selbständiges und außergewöhnlich schnell wachsendes Forschungsgebiet, das regelmäßig in die Schlagzeilen kommt und damit auch in der ansonsten wenig Astronomie-interessierten Bevölkerung für Aufmerksamkeit sorgt. Große Investitionen in die astronomische Forschung (Webb-Space Telescope, ELT) werden vermehrt mit der Suche nach fernen Erden begründet... Heutiger ( ) Stand: 564 Planetensysteme mit insgesamt 687 Planeten Dazu kommen noch über 1000 potentielle, aber noch nicht anerkannte Kandidaten, die hauptsächlich aus Satellitenmissionen abgeleitet wurden (Kepler).

3 Frühe Versuche in der Exoplanetenforschung... Die Meinung, daß es um die Sterne Planeten gibt, die von Menschen bewohnt werden, vertrat in der frühen Neuzeit am entschiedensten der Dominikaner-Mönch Giordano Bruno ( ). De l infinito, universo e mondi (1584) (Dialog zwischen Elpino und Fileteo) Die ersten praktischen Versuche, Planeten um einen sehr nahen Stern meßtechnisch nachzuweisen, unternahm ab 1973 Peter van de Kamp ( ). Barnards Pfeilstern Helligkeit Spektraltyp Entfernung Radius Leuchtkraft 9.54 mag M4 V 5.98 Lj 0.2 Rsonne Lsonne

4 Obwohl van den Kamp s astrometrische Messungen von bis dahin kaum erreichter Präzession waren, ist er einem systematischen Fehler aufgesessen. Heute weiß man definitiv (u.a. durch Untersuchungen mit dem Hubble-Teleskop), daß Barnards Stern im Rahmen der erzielten Meßgenauigkeiten kein Planetensystem besitzt. Sproul-Refraktor des Observatoriums am Swartmore College in Philadelphia

5 Die ersten Exoplanetenentdeckungen waren Exoten - Pulsarplaneten 1992: Alexander Wolszczan PSR (1500 Lj entfernt) 4 Planeten

6 Bestätigte Pulsarplaneten Periode ms

7 Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne, die bei einer thermonuklearen Supernova Typ Ia entstehen.

8 1995 Entdeckung des ersten echten Exoplaneten um 51 Pegasi Michael Mayor Didier Queloz 51 Peg: Entfernung 42 Lj Exoplanet: 0.6 Jupitermassen Entfernung vom Mutterstern 0.05 AU

9 Warum ist der Nachweis von Exoplaneten so schwierig? Alle Sterne sind für irdische Maßstäbe unbeschreiblich weit weg... Könnte man unser Planetensystem aus der Entfernung von Proxima Centauri (4.3 Lj) mit unseren heutigen Mitteln nachweisen? Unsere Sonne (-26.9 m) erscheint in einer Entfernung von 4.3 Lj ungefähr so hell wie der Stern Wega (0.24 m) Jupiter (Oppositionshelligkeit m) hat in der Entfernung von Proxima Centauri nur noch eine Helligkeit von 21.6 m (Helligkeitsunterschied 21 Größenklassen) Maximaler Winkelabstand: 3.96 Mit Hilfe der Koronographentechnik sollte Jupiter (und eventuell auch Saturn, Uranus und Neptun) auflösbar sein, wenn sie sich in einer Entfernung von 4.3 Lj befinden. Der direkte optische Nachweis der Erde liegt jedoch immer noch außerhalb der technischen Möglichkeiten

10 Kann man Exoplaneten im Fernrohr sehen? Bis heute konnten 8 von 687 Exoplaneten optisch aufgelöst werden. Alle anderen verraten ihre Existenz nur indirekt. V342 Pegasi 1.5 Msonne / 1.3 Rsonne / 4.9 Lsonne

11

12 Wie kann man ein Exoplanetensystem von einem Doppel-Mehrfachsternsystem unterscheiden? Die Entdeckung von Exoplaneten hat zu einer Neubewertung des Begriffs Planeten geführt, da die wenigen Beispiele in unserem Sonnensystem für eine Klassifizierung bei weitem nicht ausreichen. Sind Planeten immer an Sterne gebunden? eher nein, denn man hat mittlerweile eine größere Zahl von Himmelsobjekten Planemos genannt gefunden, die sich frei im Weltraum bewegen. Es handelt sich dabei um keine Sterne, da sie in ihrem Inneren keine Kernfusionsprozesse zünden können (zu geringe Masse). Ab wann ist ein Himmelsobjekt kein Stern mehr? Ein Stern ist ein Himmelsobjekt, welches zumindest einmal in seiner Geschichte m Innern thermonukleare Reaktionen gezündet hat Tzentral ~ 1 Million K Die masseärmsten Sterne sind Braune Zwerge (13 Jupitermassen, Deuterium-Brennen) Eine Unterscheidung zwischen Gasplaneten und Braunen Zwergen geringer Masse ist quasi nur über eine genaue Massebestimmung möglich...

13 Braune Zwerge und massereiche Gasplaneten Als Braune Zwerge werden alle Objekte eingestuft, die unter der Massegrenze für Wasserstofffusion und über der Massengrenze für die Deuteriumfusion (ca. 13 Jupitermassen) liegen. Beobachterisch sind massereiche Gasplaneten kaum von Braunen Zwergsternen zu trennen. Mindestmasse für Wasserstoffbrennen: 75 Jupitermassen (= 0.07 Sonnenmassen) Mindestmasse für Lithiumbrennen: 65 Jupitermassen Mindestmasse für Deuterumbrennen: 13 Jupitermassen

14

15 T~950 K

16 Film: Die Jagd nach Exoplaneten (ESA)