Die Suche nach extrasolaren Planeten
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Die Suche nach extrasolaren Planeten Prof. Dr. Artie Hatzes Direktor Thüringer Landessternwarte Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg Die Thüringer Landessternwarte • 1960 gegründet • Forschungsschwerpunkte: - Extrasolare Planeten - Gamma Ray Bursts - Extragalaktik - Stellare Oszillation - Sternentstehung - Quasare Die Thüringer Landessternwarte betreibt 3 Teleskope: ein 2-MeterSpiegel-Teleskop (Bild), ein 30-Zentimeter automatisches Teleskop und LOFAR, ein Radioteleskop. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 2 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 3 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 4 Die Themen des Vortrags Extrasolare Planeten • Hintergrund • Suchtechniken - Dopplermethode - Photometrische Transits • Die CoRoT-Mission • LOFAR Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 5 Warum suchen wir nach extrasolaren Planeten? Um Antworten auf diese Fragen zu finden: • Wie entstehen Planetensysteme? • Ist die Entstehung von Planeten ein seltener oder ein häufiger Vorgang? • Wie einzigartig ist unser Sonnensystem? • Unter welchen Bedingungen entsteht Leben? • Wie außergewöhnlich ist Leben in unserer Galaxie? Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 6 Beispiel für eine Galaxie: Andromeda Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 7 Wie können wir extrasolare Planeten finden? Das sind die beiden erfolgreichsten Ansätze: • der sogenannte Doppler Wobble • die photometrische Transitmethode Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 8 Mit dem Doppler-Effekt auf Planetenjagd Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 9 Wie nutzen Astronomen den Doppler-Effekt? Sie messen die Verschiebung des Lichts im roten bzw. blauen Wellenlängenbereich. Die Verschiebung entsteht, wenn sich ein Objekt vom Beobachter weg oder auf den Beobachter zu bewegt. Die Lichtverschiebung gibt Auskunft über die Geschwindigkeit. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 10 Die Bewegung der Spektrallinien aufgrund des Doppler-Effekts radialvelocitydemo.htm Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 11 Radialgeschwindigkeitsmessung am Beispiel unserer Sonne Jupiter: 12 m/s, 11 Jahre Saturn: 3 m/s, 35 Jahre Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 12 51 Pegasi b, der erste extrasolare Planet Michel Mayor & Didier Queloz 1995 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 13 51 Pegasi b, der erste extrasolare Planet Umlaufzeit = 4,3 Tage Abstand vom Stern = 0,05 Astronomische Einheiten Masse ~ 0,45 MJupiter Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 14 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 15 Die photometrische Transitsuche Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 16 Die photometrische Transitsuche Beispiel für ein Transitereignis: Der Planet Merkur zieht vor der Sonne vorbei Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 17 Die photometrische Transitsuche Die Lichtkurve ändert sich, wenn sich ein Planet vor den Stern schiebt Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 18 Die photometrische Transitsuche Um einen Transit zu beobachten, müssen wir fast genau auf seine Bahnebene schauen. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist p = R/a (der Radius des Sterns / Bahnradius). Für Planeten mit kurzen Perioden p = 0,1. Um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass man ein Transitereignis findet, muss man viele Sterne gleichzeitig beobachten. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 19 R* radius Die Transitereignisse verraten uns den Radius der extrasolaren Planeten Aus Masse (Radialgeschwindigkeitsmessung) und Radius ergibt sich die Dichte des Planeten. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 20 Um das Transitereignis zu bestätigen, sind Radialgeschwindigkeitsmessungen nötig Radialgeschwindigkeitsmessung Transitereignis • Masse = 0,63 MJupiter • Radius • Dichte = 1,35 RJupiter = 0,38 g cm-3 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 21 Die CoRoT-Mission Transitsuche im Weltall Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 22 Die CoRoT-Mission COnvection, ROtation, Transits (CoRoT) Ein Projekt der französischen Raumfahrtagentur CNES (Leitung: Annie Baglin) in Kooperation mit Deutschland, Spanien, Belgien, Österreich und Brasilien Zum deutschen Team gehören Heike Rauer und Anders Erickson (DLR), Martin Pätzold (Uni Köln), Artie Hatzes und Günther Wuchterl (Thüringer Landessternwarte) Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 23 Die CoRoT-Mission Die Ziele des Projekts CoRoT hat zwei wissenschaftliche Aufgaben: Asteroseismologie und Exoplaneten Seismo-Feld: ~10 Sterne/CCD 5 < V < 9.5 Exoplanetenfeld: ~ 6.000 Sterne/CCD 11 < V < 16 Exoplaneten werden mit der Transitmethode entdeckt. Stand heute hat CoRoT rund 126.000 Sterne beobachtet und bisher 15 Transitplaneten entdeckt. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 24 Die CoRoT-Mission Transitsuche im Weltall Das Teleskop (630 kg) + 1.000 kg zusätzliches Wasser Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg Das Satellitenteleskop CoRoT wurde am 27. Dezember 2006 vom Weltraumbahnhof Baikonur aus in eine Erdumlaufbahn gebracht. 25 Die CoRoT-Mission Transitsuche im Weltall orbit Die Flugbahn von CoRoT beim Start if (WWIII) then White House., U.S.A else if (corot) then orbit end if Washington, D.C. Baikonur Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 26 Die CoRoT-Mission Die Umlaufbahn Ziel Wirklichkeit • a = 7.278,475 km • e = 0.00169 • i = 89.984 • a = 7.278,189 km • e = 0.00162 • i = 90.002 • Porb = 6176-6195 s → Die Umlaufbahn (Orbit) ist fast perfekt. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 27 Die CoRoT-Mission So beobachtet das Teleskop Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 28 Das Teleskop der TLS mit dem CoRoT-Feld Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 29 Warum 150 Mio. Euro ausgeben, um vom Weltraum aus zu beobachten? Eine OGLE Transit-Entdeckung von der Erde aus beobachtet Die Entdeckung eines TransitEreignisses durch CoRoT Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 30 Der erste CoRoT-Exoplanet: CoRoT 1b Umlaufzeit = 1,5 Tage Masse = 1.03 MJup Radius = 1.49 RJup Dichte = 0.38 gm cm–3 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 31 Die Phasen-Variation Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 32 Planetenphasen und Sekundärtransit Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 33 Warum sind Transits wichtig? Spitzer-Messungen des abgestrahlten Lichts bei 8 µm von HD 189733 Knutson et al. 2007 Tmin = 700 C Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg Tmax = 940 C 34 CoRoT 1b: der sekundäre Transit und die Phasenkurve P = 1.5 Tage Snellen et al. 2009 Die ersten Phasenkurven und der zweite Transit erstmals im optischen Bereich gemessen T = 2.100° C Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 35 CoRoT-1b OGLE-TR-133b CoRoT-3b Größen- und Massevergleich unterschiedlicher Objekte Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg Planet CoRoT-1b CoRoT-3b OGLE-TR-133b Massearmer Stern CoRoT-3b : Radius = Jupiter, Mass = 21.6 Jupiter CoRoT-1b : Radius = 1.5 Jupiter, Mass = 1 Jupiter OGLE-TR-133b: Radius = 1.33 Jupiter, Mass = 85 Jupiter Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg CoRoT-7b der erste erdähnliche Planet mit bekannter Masse und bekanntem Radius Die meisten bisher entdeckten Exoplaneten sind riesige Gasplaneten. Zwar wurden mit dem Doppler-Effekt auch kleinere Planeten entdeckt, aber ihre Masse ist nicht bekannt. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 38 CoRoT-7b Wie groß ist die Masse? Leger et al. 2009 Tiefe = 0.035% Umlaufzeit = 0,85 Tage Radius = 1.6 RErde Photometrische und spektroskopische Messungen deuteten darauf hin, dass es sich mit großer Wahrscheinlichkeit um einen Planeten handelte: Alles was noch fehlte, war die Masse. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 39 Geschwindigkeit (m/s) CoRoT-7b Die Bestimmung der Masse Zeit (Tage) Radialgeschwindigkeitsmessung Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 40 CoRoT-7b Die Bestimmung der Masse CoRoT-7b P = 3.7 Tage Masse = 12.4 ME CoRoT-7c P = 0.85 Tage Masse = 6.6 ME CoRoT-7d P = 9 Tage Masse = 16.7 ME Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg CoRoT-7b Die Struktur Dichte der Erde = 5,5 gm cm–3 Dichte von CoRoT-7b = 7,4 gm cm–3 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 42 CoRoT-7b: So könnte das Planetensystem aussehen Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 43 CoRoT-7b Größenvergleich Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 44 CoRoT-7b, c, d 10o Nur CoRoT-7b bewegt sich auf einer Transitbahn. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 45 CoRoT-Mission Einige Zahlen CoRoT-Beobachtungen bis jetzt: - 126.000 Sterne - Über 2.000.000.000 Messungen - 15 Planeten Bis zum Ende der verlängerten Mission: - 200.000 Sterne beobachtet - mehr als 4 Milliarden Messungen Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 46 LOFAR Ein neues Radioteleskop (LOw Frequency ARray) Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 47 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 48 LOFAR Die verschiedenen Standorte Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 49 Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg LOFAR Ein neues Radioteleskop Das Magnetfeld der Erde (Magnetosphäre) schützt die Erde vor geladenen Teilchen. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 52 LOFAR Ein neues Radioteleskop So sieht die Radiostrahlung von Jupiter aus. Mit LOFAR suchen wir nach der Radiostrahlung von riesigen Exoplaneten. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 53 LOFAR Ein neues Radioteleskop • 18 LOFAR-Stationen in den NL, 5 in D, 1 in UK, 1 in Schweden, 1 in Frankreich • Jede Station besteht aus einem Feld mit Niedrigfrequenz-Antennen und einem Feld mit Hochfrequenz-Antennen (jeweils 96). • Die Antennen senden Daten per Glasfaserverbindung zum LOFAR-Zentralrechner an der Universität in Groeningen, Niederlande. Der Supercomputer erzeugt Bilder aus den digitalen Signalen. • LOFAR arbeitet im bisher weitgehend unerforschten Frequenzbereich zwischen etwa 10 und 240 MHz. Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 54 LOFAR Ein neues Radioteleskop • Die LOFAR-Beobachtungen eines Monats produzieren riesige Datenmengen: Petabytes an Daten (1.000.000 Gigabytes) Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 55 Die Suche nach extrasolaren Planeten Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Artie Hatzes Direktor Thüringer Landessternwarte Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg CoRoT-7d CoRoT-7b CoRoT-7c Prof. Dr. Artie Hatzes, Thüringer Landessternwarte Tautenburg 47
