Earth- like habitable planets
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Earth- like habitable planets Wie detektiert man Exoplaneten und was ist der aktuelle Stand der Forschung? Von Rudolf Eroess Rudolf Eroess FRAGEN STELLEN!! Inhalt Was sind (Exo)Planeten? außerhalb unseres Sonnensystems zu entdecken? Welche Schlüsse kann man aus den aktuellen Daten ziehen? Rudolf Eroess Welche Möglichkeiten gibt es Planeten Definiton(IAU August 2 0 0 6 ) Sphärisch rund aufgrund eigener e) Direkt um die Sonne kreisen Umlaufbahn frei geräumt haben(klar dominierende Körper) Rudolf Eroess Schwerkraft(Mindestmasse/Mindestgröß (Exo)Planeten Absichtlich weil umstritten keine obere Definition anwendbar auf Objekte die um andere Sterne kreisen (Exoplaneten) Schwer verifizierbar: hat ein Planetenkandidat seine Umlaufbahn frei geräumt Rudolf Eroess Massengrenze (Exo)Planeten Folge: Exoplaneten-Kandidaten erfüllen Laut Definition ist Pluto kein Planet Neue Klasse Zwergplanet-wie Planet nur Umlaufbahn nicht freigeräumt Pluto, Eris (weit hinter Pluto) und Ceres (Zwischen Mars und Jupiter) Rudolf Eroess nicht alle Kriterien(stand Mai. 2007) (Exo)Planeten Hinweis: Analog zu unserem Planetensysteme aus (Zwerg)Planeten, Meteoriten, Asteroiden und Staubscheiben (z.T bereits indirekt durch IR detektiert) Bei einem Fünftel der Sterne mit Planetekandidaten handelt es sich um Mehrfachsternsysteme Rudolf Eroess Sonnensystem Extrasolare Wie entdeckt man Planeten bei anderen Sternen? Welche Methoden sind bekannt? Welche der folgenden Methoden sind geeignet „Earth-like habitable planets“ zu finden? Rudolf Eroess Ideen? Wie entdeckt man Planeten bei anderen Sternen? Radialgeschwindigkeit Direkt Astrometrie Pulsar-Timing Mikrolensing Rudolf Eroess Transits Radialgeschwindigkeit Erfolgreichste Erstmals möglich Planeten um Sterne zu finden Marcy und Butler(1995) Wellenlängenverschiebung Rudolf Eroess Suchmethode v R⋅ ≈ c Radialgeschwindigkeit Aus der Messung der Orbitparameter des Begleiters abgeleitet Im folgenden wird die Planetenbahn als kreisförmig angenommen Die Masse des Planeten kann durch den Schwerpunktsatz bestimmt werden aStern⋅MStern= aBegleiter⋅MBegleiter Rudolf Eroess Radialgeschwindigkeit werden Radialgeschwindigkeit Es gilt: MStern ≫ M Begleiter und aBegleiter ≫ aStern Mit aStern aBegleiter 3= G T 2 MStern MBegleiter folgt 2 4 Große Habachse ist Fuktion von Sternmasse und Umlaufperiode 3 aBegleiter = GT 2 MStern 42 Rudolf Eroess Wegen Schwerpunktsatz:aStern⋅MStern= aBegleiter⋅MBegleiter Radialgeschwindigkeit Tv Stern MStern MBegleiter = 2 aBegleiter Problem? Rudolf Eroess T v Stern Unter Berücksichtigung von T v Stern =2 aStern ⇔ aStern= 2 2 GT M Stern 3 a = erhält man mit Begleiter 42 und aStern⋅MStern= aBegleiter⋅MBegleiter Radialgeschwindigkeit Nur radialer Anteil der Inklinationswinkel i nicht bekannt Ausnahme - Transitfall v Stern⋅sin i = v radial Rudolf Eroess Umlaufgeschwindigkeit bestimmbar Radialgeschwindigkeit M Stern T 1/ 3 MStern aBegleiter MBegleiter⋅sin i = v radial = v radial 2 G G Durch Messung der Radialgeschwindigkeit Angabe minimaler Massengrenze möglich Rudolf Eroess Alles zusammen folgt Radialgeschwindigkeit Beispiele Erde 0,04 m/s Erster entdeckter Exoplanet 51 Peg 50 m/s Heute bis 2 m/s detektierbar(Stand 2007) Rudolf Eroess Jupiter 12 m/s Radialgeschwindigkeit Rudolf Eroess Beispiel zur Messung Radialgeschwindigkeit Fazit: Es lassen sich bei Sternen mit entdecken Je kleiner die Sterne desto kleiner die entdeckbaren Exoplaneten Sterne sind 1.000 bis 100.000 mal schwerer als Planeten Rudolf Eroess Sonnenmasse Jupitergroße Exoplaneten Transits Begleiter zwischen Beobachter und Kleiner Teil der sichtbaren Sternenoberfläche wird bedeckt Als Folge Rückgang der Sternenhelligkeit Stärke des Helligkeitseinbruchs: Rudolf Eroess Stern dF ABegleiter R Begleiter = = F AStern R Stern 2 Rudolf Eroess Transits Transits Maximale Transitzeit i = 90 grad 2 R Stern T= v Begleiter entspricht Verhältnis Raumwinkels Transit sichtbar zum gesamten Raumwinkel Für unser Sonnensystem: R Stern P= = Gesamt aBegleiter Transit Rudolf Eroess Beobachtungswahrscheinlichkeit Transits Gut geeignet um „enge“ Begleiter zu Wenige Beobachtet (27 von 271) Daten aus Radialgeschwindigkeitsmessung + Radius des Begleiter (Transitmessung) Dichte berechenbar Rudolf Eroess finden Transits Methode vielversprechend Erdboden tausendstel Satellit millionstel Erdgroße Begleiter detektierbar! Sterne sind 10 bis 100 mal Größer als ihre Begleiter Rudolf Eroess Messgenauigkeit der Flussänderung: Direkt Von substellaren Begleitern heute Im IR Braune Zwerge Große Bedeutung – Aufnahme von Spektren Rudolf Eroess bereits möglich Direkt Rudolf Eroess Stern GQ Lupi mit Begleiter Astrometrie Stern kreist um Baryzentrum Ellipsenbewegung Vom Beobachter im Abstand d detektierbar Rudolf Eroess Projeziert auf Himmelsebene Kreis bzw. Astrometrie Winkel unter dem die große Halbachse a aBegleiter⋅MBegleiter MStern⋅d (Schwerpunktsatz) Rudolf Eroess Beobachter erscheint ~tan= Astrometrie Begleitermasse direkt messbar gestrichelt Eigenbewegung plus Parallaxe Rudolf Eroess Inklinationswinkel i bestimmbar Pulsar- Timing Erster überhaupt entdeckter Begleiter Frail) mit dieser Methode Prinzip wie Radialgeschwindigkeit Die Ankunftszeit der Radiopulse wird gemessen Rudolf Eroess planetarer Masse(1992 Woloszczan und Pulsar- Timing Zubewegung auf Beobachter – Höhere Wegwegung von Beobachter – Niedrigere Frequenz Hohe Messgenauigkeit da Zeitmessung – sogar erdähnliche Körper detektierbar Rudolf Eroess Frequenz Mikrolensing Phänomen der Gravitationslinse benutzt Licht von Objekt im Hintergrund(Quelle) Rudolf Eroess Objekt im Vordergrund(Linse) verstärkt Mikrolensing Abstandseinheit – Einsteinradius in Linse mittig zwischen Beobachter und Quelle – Radius maximal – Wirkungsbereich der Linse am größten Gravitationslinse durch Planet verstärkt Rudolf Eroess Bogenmaß 4 GM dLS E= c2 d L d S Erkenntnisse z.B. Temperatur Rudolf Eroess Idee? Erkenntnisse Transit – Begleiter verschwindet hinter HD 149026b, 2000 Grad heißester bekannter Planet – vermutlich schwarz HD 189733b, 930 Grad Tag- 650 Grad Nachtseite wendet Stern immer gleiche Seite zu- Unterschied müsste größer sein- Starke Winde 9000 km/h Rudolf Eroess dem Stern- IR Strahlung messen Methodisch bedinge Selektion Rudolf Eroess Jupitermasse 8 x 10^27 Methodisch bedinge Selektion Rudolf Eroess Jupitermasse 8 x 10^27 Methodisch bedinge Selektion Rudolf Eroess Jupitermasse 8 x 10^27 Zusammenfassung Heute schlecht möglich erdähnliche Erfolgreichste Planetensuchmethode stößt an grenzen Andere entwickeln sich weiter „Erkenntnisse“ mit Vorsicht zu genießen starke Selektion Rudolf Eroess Planeten zu finden Literatur http://de.wikipedia.org/ http://www.exoplanet.eu http://www.nature.com/index.html http://www.netzeitung.de Rudolf Eroess http://www.exoplanet.de/ Radialgeschwindigkeit Maximale Messgenauigkeit von 1 m/s Sonnenflecken erzeugen einen Effekt dieser Größenordnung z.B. geht ein Fleck auf verdunkelt er diese Seite des Sterns Folge: es entfernt sich mehr Leuchtende Sonnenatmosphäre -- Rotverschiebung Rudolf Eroess heute schon fast erreicht Direkt Direkte Beobachtung von Begleitern Im optischen vom Planeten kommendes Licht nur reflektiertes Licht Planet Radius r im Abstand a gilt FBegleiter R Begleiter ∝ FStern aBegleiter Für Jupiter im sichtbaren eins zu einer Milliarde und eins zu zehntausend im IR Planeten (auch alte) strahlen z.T. Im IR Rudolf Eroess planetarer Masse heute nicht möglich Direkt Detektionstechniken: Destruktive Interferenz am Sternort Stern ist 10 -Milliarden mal heller im Sichtbaren und 10 – Millionen mal heller (als Erdgroßer) Planet im IR Spektralbereich Rudolf Eroess Abdecken des Sternpunktes Astrometrie Im 10-100 pc Abstand Mikrobogensekundenberech In 10 pc: Jupiter 500 ; Erde 0,3 Methode bis heute erfolglos In Zukunft Messungen mit 10-50 Mikrobogensekunden Meßfehler möglich Rudolf Eroess Winkelamplitunden im Mikrolensing Geeignet Planetare Begleiter bis Für große Entfernungen Bereits einige verdächtige Kurven entdeckt Rudolf Eroess Erdmasse aufzuspüren
