Donnerstag, 23. April 2015

HARPS liefert erstes Spektrum eines Exoplaneten im sichtbaren Licht


Künstlerische Darstellung des Exoplaneten "51 Pegasi b". | Copyright: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)

Porto (Portugal) - Mit dem Exoplanetenjäger HARPS am La Silla-Observatorium der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile ist es Astronomen erstmals gelungen das Spektrum, das von einem Exoplaneten reflektiert wurde, im sichtbaren Licht nachzuweisen. Die Ergebnisse sind wegweisend für die Zukunft dieser Technologie.

Wie das Team um Jorge Martins vom Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) und der Universidade do Porto aktuell im Fachjournal "Astronomy & Astrophysics" berichtet, gelang die Abbildung des Spektrums anhand des Exoplaneten "51 Pegasi b" und damit des ersten Exoplaneten überhaupt, der - 1995 - um einen normalen Stern entdeckt wurde. Er umkreist seinen Stern etwa 50 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Pegasus. Es handelt sich um einen typischen Vertreter der sogenannten Heißen Jupiter. Diese relativ häufigen Gasplaneten gleichen unserem Jupiter in Größe und Masse, allerdings ihre Umlaufbahnen liegen deutlich näher an ihrem Mutterstern.


"Die derzeit am weitesten verbreitete Methode, die Atmosphäre eines Exoplaneten zu untersuchen, beruht auf der Beobachtung des Spektrums des Muttersterns während des Vorübergangs des Planeten vor dem Stern", erläutert die ESO-Pressemitteilung und führt weiter aus: "Dabei durchläuft ein kleiner Teil des Sternenlichts die Atmosphäre des Planeten und wird dabei gefiltert - eine Technik, die man als Absorptionsspektroskopie bezeichnet. Eine alternative Vorgehensweise stellt die Beobachtung des Systems während der Bedeckung des Planeten durch den Stern dar, was in erster Linie Informationen über die Temperatur des Exoplaneten liefert."

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Im Gegensatz dazu hängt die jetzt angewandte Technik nicht davon ab, ob es von der Erde aus gesehen zu einem Transit kommt, so dass man deutlich mehr Exoplaneten damit untersuchen könnte. Sie ermöglicht Untersuchungen des Spektrums des Planeten direkt im sichtbaren Licht, so dass daraus verschiedene Eigenschaften des Planeten abgeleitet werden können, wie sie mit anderen Methoden nicht nachweisbar sind.

Dabei wird das Sternspektrum als Vorlage für die Suche nach einer abgeschwächten Version desselben Signals verwendet, das von Sternenlicht stammt, das vom Planeten reflektiert wird. Aufgrund der Bewegung des Planeten auf seiner Umlaufbahn verschieben sich die spektralen Signaturen des reflektierten Lichts relativ zum Stern. Die Messung dieses Effekts ist eine ei äußerst anspruchsvolle Aufgabe, da die Planeten im Vergleich zum gleißend hellen Mutterstern sehr lichtschwach sind.


Das Signal vom Planeten wird außerdem leicht durch andere winzig kleine Effekte und Rauschquellen überlagert. Angesichts derartiger Hürden ist die erfolgreiche Beobachtung dieses Effekts in den HARPS-Daten von "51 Pegasi" b ein hervorragender Nachweis dafür, dass die Methode funktioniert.


Jorge Martins erklärt: "Diese Art des Nachweises ist von großer wissenschaftlicher Bedeutung, da sie es möglich macht, die reale Masse des Planeten und die Neigung seiner Umlaufbahn zu bestimmen, was für das tiefere Verständnis des Systems unerlässlich ist. Es ermöglicht uns auch den Reflektionsgrad, die sogenannte Albedo, des Planeten abzuschätzen, woraus man wiederum die Zusammensetzung sowohl der Planetenoberfläche als auch der Atmosphäre ableiten kann."


Wie sich zeigt, hat "51 Pegasi b" eine Masse von etwa der Hälfte der des Jupiter und eine Bahnneigung von etwa neun Grad in Richtung der Erde. Außerdem scheint der Planet im Durchmesser größer als Jupiter und stark reflektierend zu sein. Dies sind typische Eigenschaften für einen Heißen Jupiter, der sich sehr nah an seinem Mutterstern befindet und viel Sternenlicht ausgesetzt ist.


Besonders im Hinblick auf die Einführung von Instrumenten der nächsten Generation am VLT, wie beispielsweise ESPRESSO, und zukünftigen Teleskopen wie dem E-ELT, seien die Ergebnisse wegweisend für die Zukunft dieser Technik.


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