3. Extra-solare Planeten

3. Extra-solare Planeten
3.1 Radialgeschwindigkeitsmethode
Stern und Planeten kreisen um den Schwerpunkt des Systems. Für die
Halbachsen und Massen gilt: MP aP = MS aS
Durch RV-Messungen des Sterns
kann der Planet nachgewiesen
werden.
Erste Entdeckung 1995 durch
Mayor and Queloz (Obs. Genf):
51 Peg b:
P = 4.2 Tage
KS = 60 m/s
aP sin i = 0.05 AE
MP sin i = 0.46 MJ
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Multiplanetensystem HD40307:
4ME mit P=4.3d, 7ME mit 9.6d, 9ME mit 20.5d
Entdeckungen:
• “Heisse Jupiters” mit P < 10 d und Teq > 1000 K,
• Super-Erden mit M = 3 – 10 ME,
• viele Systeme mit mehreren Planeten,
• viele Planetenbahnen mit grosser Bahn-Exzentrizität ε > 0.2
• Es gibt mehr Planeten als Sterne in der Sonnenumgebung!
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Bekannte Planeten im Masse Separation-Diagram
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3.2 Transitmethode
HAT-P-7b
(Borucki et al. 2009)
Bei der Transitmethode werden periodische Sternverdunkelungen durch
einen Planeten beobachtet:
• Die Methoden eignet sich vorallem für kurzperiodische Planeten,
• nur Planeten mit Inklination i ≈ 90o verursachen einen Effekt,
• Der relative Effekt ist etwa (RP/RS)2 , ca. 1% für Jupiter, 0.01% für Erde,
• Die Bedeckung des Planeten und die Phase des Planeten kann für ideale
Fälle auch beobachtet werden.
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KEPLER: >2000 Planeten um ≈150‘000 Sterne
NASA
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KEPLER Transits
Periode-Planetenradius Diagram und Mehrfachsysteme
(from Batalha et al. 2013, ApJS 204, 24)
RJ
RN
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3.3 Imaging von Extra-solaren Planeten
Ein Abbild eines Planeten gibt wichtige Informationen:
• Eigenschaften der Atmosphäre und/oder Oberfläche,
• Zusammensetzung,
• Variationen durch Rotation, Jahreszeiten, Wetter etc.,
• Anzeichen von Leben.
HR 8799 b,c,d,e (C. Marois et al., 2010)
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Spektrale Energieverteilung von Planeten
log Iλ
Junge Planeten sind noch in der Kontraktionsphase. Sie gewinnen
dadurch potentielle Energie und sind deshalb hell.
10 Myr
Thermische Emission
100 Myr
Reflektiertes Licht
1 Gyr
0.5
1.0
2.0
4.0
8.0
λ [μm]
• reflektiertes Licht ≈ (Rp/dp)2 Lstar
• thermisches Licht ≈ 1/tPlanet (junge Planeten in Kontraktionsphase)
≈ (Rp/dp)2 Lstar (alte Planeten)
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log I
Beispiel: Sonne – Jupiter System (5 pc)
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1´´
log I
log I
107
X-AO
104
schwaches Planetensignal im
variablen Halo des Sterns
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mit AO
ohne AO
mit AO (hoher Kontrast)
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mit AO und Koronagraph
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Differenzielles Signal
From Racine et al. 1999
Unterschied in der Eigenschaft des
Lichts:
• direkten Licht des Sterns
• Lichts des Planeten
1) Absorption durch Moleküle
2) Streupolarisation
schwaches Signal des Planeten
kann im hellen Lichthalo des
Sterns detektiert werden
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SPHERE Konzept
Teleskop
adaptive Optik
SPHERE Team
F: IPAG, LAM, LEISA
CH: Obs. GE, ETH ZH
D: MPIA
I:
INAF Padova
NL: UvA, NOVA
ESO
(deform. Spiegel)
IR Dual Imager
Spectrograph
1.0-2.2 μm
Koronagraph
Integral Field
Spectrograph
WellenfrontSensor
0.6-0.9 μm
Koronagraph
Zurich Imaging
Polarimeter
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SPHERE: VLT-Planetfinder Instrument
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SPHERE: seit Mai 2014 am Teleskop
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