Donnerstag, 28. Juni 2012

Exoplaneten: Forscher präsentieren erfolgreich neue Methode zur Untersuchung von Atmosphären ferner Planeten


Künstlerische Darstellung des fernen Gasplaneten Tau Bootis b und seines Muttersterns (Illu.). | Copyright: ESO/L. Calçada

Heidelberg (Deutschland) - Ein internationales Astronomenteam hat eine ausgeklügelte Technik zur Untersuchung der Atmosphären von sogenannten Exoplaneten, also Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, entwickelt und sie mit Hilfe des "Very Large Telescope" (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) auf den Exoplaneten "Tau Bootis b" angewandt. Bisher musste ein Planet bei solchen Untersuchungen von der Erde aus gesehen direkt vor seinem Stern vorbeilaufen. Mit der neuen Technik ist das nun nicht mehr nötig.

"Alleine durch das schwache Leuchten des Planeten selbst konnten die Wissenschaftler so erstmals die Masse von 'Tau Bootis b' präzise bestimmen, seine Umlaufbahn vermessen und seine Atmosphäre analysieren", berichtet die Pressemitteilung der ESO.

Hierbei kamen die Forscher zugleich auch der Lösung eines 15 Jahre alten Rätsels auf die Spur und stellten außerdem fest, dass die Atmosphäre des Planeten unerwarteterweise in großer Höhe kühler ist als weiter innen - obwohl der Planet seinem Stern sehr nahe ist. Die Ergebnisse haben die Forscher um Matteo Brogi von der Sterrewacht Leiden (Niederlande) in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature" veröffentlicht.

www.grenzwissenschaft-aktuell.de
+ + + HIER können Sie unseren täglichen Newsletter bestellen + + +

Bereits 1996 als einer der ersten Exoplaneten überhaupt entdeckt, zählt "Tau Bootis b" mit einer Entfernung von knapp 51 Lichtjahren zu den erdnächsten Exoplaneten, die bislang bekannt sind. Sein Zentralgestirn ist daher leicht mit bloßem Auge im Südwesten des Sternbildes Bärenhüter zu sehen. Für den Planeten gilt das allerdings nicht. Bislang hatte der Planet ausschließlich durch seine Schwerkraftwirkung auf seinen Stern bemerkbar gemacht und zählt zu der Kategorie der sogenannten "heißen Jupiter", ist also ein großer Gasplanet, der seinen Stern sehr nah umkreist.

Wie bei den meisten Exoplaneten so führt seine Umlaufbahn "Tau Bootis b" von der Erde aus gesehen nicht direkt vor der "Sonnenscheibe" seines Sterns vorbei - es kommt also nicht zu einem von uns aus zu beobachteten sogenannten Transit. Bis vor kurzem waren solche Transits allerdings die einzige Möglichkeit, die Atmosphäre solcher "Hot Jupiter" zu untersuchen: "Wenn der Planet vor dem Stern vorbeiläuft, durchläuft ein winziger Teil des Sternlichts die Atmosphäre des Planeten", erläutert die ESO den das bisherige Analyseverfahren. "Dabei wird ein Teil des Lichtes herausgefiltert – und die Art und Weise, wie dies geschieht, ist für die Atmosphäre ähnlich charakteristisch wie ein Fingerabdruck für einen Menschen. Da bei Tau Bootis b kein Transit stattfindet, konnte man seine Atmosphäre bislang auch nicht auf diese Art und Weise untersuchen."

15 Jahre lang bemühten sich Astronomen bislang vergeblich, das schwache Leuchten heißer Jupiter selbst zu untersuchen. Mit der neuen Methode ist den ESO-Astronomen nun erstmals gelungen, die Atmosphärenstruktur von "Tau Bootis b" so zu entschlüsseln und außerdem noch die Planetenmasse des Planeten präzise zu bestimmen.

Hierzu nutzten sie den CRIRES-Spektrografen am VLT, das sich am Paranal-Observatorium der ESO in Chile befindet, und kombinierten hochpräzise Infrarotbeobachtungen bei einer Wellenlänge von etwa 2,3 Mikrometern mit einem Verfahren, das es ermöglicht, das schwache Leuchten des Planeten aus dem ungleich stärkeren Leuchten des Zentralgestirns herauszulösen.

“Dank der herausragenden Qualität der VLT/CRIRES-Beobachtungen konnten wir das Spektrum des Systems viel genauer untersuchen als jemals zuvor. Nur etwa 0,01% des Lichts, das wir sehen, gehört dabei zu dem Planeten. Der gesamte Rest stammt vom Stern. Es war also keine leichte Aufgabe, das eine vom anderen zu trennen!” erklärt Brogi.

Die Mehrzahl der bekannten Exoplaneten wurde durch die Wirkung ihrer Schwerkraft auf ihr Zentralgestirn entdeckt. Mit dieser Methode kann jedoch nur eine Untergrenze für die Planetenmasse bestimmt werden, nicht die tatsächliche Masse. Die bei der hier vorgestellten Studie erstmals angewandte neue Methode ist weit leistungsfähiger: "Indem sie das Licht des Planeten direkt untersuchten, konnten die Astronomen den Winkel zwischen seiner Bahnebene und der Sichtlinie zur Erde messen. Daraus lässt sich wiederum die Masse des Planeten sehr genau bestimmen. Über die Veränderungen in der Bewegung des Planeten um seinen Stern konnte das Astronomenteam den Winkel zu 44° und die Masse des Planeten zu sechs Jupitermassen bestimmen."

“Die neuen VLT-Beobachtungen lösen das 15 Jahre alte Rätsel der tatsächlichen Masse von Tau Bootis b. Die neue Technik erlaubt es uns, nun auch die Atmosphären von Exoplaneten zu untersuchen, die von uns aus gesehen nicht vor ihrem Stern vorbeiziehen, und gleichzeitig ihre Masse exakt zu bestimmen. Das war vorher nicht möglich und ist daher ein bedeutender Fortschritt,” erläutert Ignas Snellen, ebenfalls von der Sterrewacht Leiden und Koautor der Studie.

Neben dem direkten Nachweis der Atmosphäre und der Massebestimmung von "Tau Bootis b" gelang es den Astronomen auch, die Menge an Kohlendioxid und die Temperatur in verschiedenen Schichten der Planetenatmosphäre zu messen. Dazu verglichen sie ihre Beobachtungen mit theoretischen Modellen. Überraschenderweise wird die Temperatur der Atmosphäre in großen Höhen mit zunehmender Höhe geringer. Dies ist das genaue Gegenteil der Temperaturinversion - also des Ansteigens der Temperatur mit der Höhe - die man bei anderen Exoplaneten aus der Klasse der "heißen Jupiter" gefunden hat.

Die VLT-Beobachtungen zeigen, wie wichtig hochaufgelöste Spektroskopie mit bodengebundenen Teleskopen ist, wenn man präzise Analysen der Atmosphären derjenigen Exoplaneten vornehmen will, die nicht vor ihren Zentralgestirnen vorüberziehen.

In Zukunft sollte der Nachweis von unterschiedlichen Molekülsorten die Astronomen in die Lage versetzen, die Atmosphären dieser Planeten noch besser zu verstehen. Führt man diese Art von Beobachtung mehrmals durch und erfasst dabei unterschiedliche Positionen des Planeten auf seiner Umlaufbahn, dann könnten sich sogar Unterschiede des Atmosphärenzustands am Morgen und am Abend herausarbeiten lassen.

"Unsere Studie zeigt das große Potenzial heutiger bodengebundener Teleskope und ihrer Nachfolger wie des E-ELT. Möglicherweise werden wir mit dieser Methode eines Tages sogar Anzeichen für biologische Aktivität auf erdähnlichen Exoplaneten finden können”, schließt Ignas Snellen.


Zum Thema:
- - -

grenzwissenschaft-aktuell.de
Quelle: eso.org
Copyright: grenzwissenschaft-aktuell.de
(falls nicht anders angegeben)


Für die Inhalte externer Links übernehmen wir keine Verantwortung oder Haftung.


WEITERE MELDUNGEN finden Sie auf unserer STARTSEITE