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Planeten um andere Sonnen

Planeten um andere Sonnen. Stefan Dreizler Institut für Astronomie und Astrophysik Universität Tübingen. Übersicht. Motivation und Einleitung Entdeckungsmethoden Ergebnisse Ausblick. Was der Himmel uns erzählt. Im Universum bilden sich Galaxien In den Galaxien bilden sich Sterne

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Planeten um andere Sonnen

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Presentation Transcript

  1. Planeten um andere Sonnen Stefan Dreizler Institut für Astronomie und Astrophysik Universität Tübingen

  2. Übersicht • Motivation und Einleitung • Entdeckungsmethoden • Ergebnisse • Ausblick

  3. Was der Himmel uns erzählt... • Im Universum bilden sich Galaxien • In den Galaxien bilden sich Sterne • Die Sterne erzeugen Elemente schwerer als H und He • Planetenentstehung ist Teil der Sternentstehung

  4. Strukturbildung- Galaxien S. White 20.05.2003

  5. Was der Himmel uns erzählt... • Im Universum bilden sich Galaxien • In den Galaxien bilden sich Sterne • Die Sterne erzeugen Elemente schwerer als H und He • Planetenentstehung ist Teil der Sternentstehung

  6. Sternentstehung W. Kley 27.05.2003

  7. Was der Himmel uns erzählt... • Im Universum bilden sich Galaxien • In den Galaxien bilden sich Sterne • Die Sterne erzeugen Elemente schwerer als H und He • Planetenentstehung ist Teil der Sternentstehung

  8. Cas A Entstehung schwerer ElementeA. Fäßler 03.06.2003

  9. Was der Himmel uns erzählt... • Im Universum bilden sich Galaxien • In den Galaxien bilden sich Sterne • Die Sterne erzeugen Elemente schwerer als H und He • Planetenentstehung ist Teil der Sternentstehung

  10. Planetenentstehung W. Kley 27.05.2003

  11. Was der Himmel uns erzählt... • Wir leben in einem Planetensystem • Warum also nach Planeten um andere Sterne suchen, wenn es • ~1010 Galaxien mit • ~1010 Sterne pro Galaxie gibt • und wir wissen, daß Planeten entstehen?

  12. Was der Himmel uns erzählt... • Wir leben in einem Planetensystem • Warum also nach Planeten um andere Sterne suchen, wenn es • ~1010 Galaxien mit • ~1010 Sterne pro Galaxie gibt • und wir wissen, daß Planeten entstehen?

  13. Motivation • Eine der ältesten Fragen der Menschheit: • Sind wir allein im Universum? • Ist unser Planetensystem einmalig? • Sternentstehung • Planetenbildung • Entwicklung von Planetensystemen • Wechselwirkung Stern – Planet • Die Suche nach Planeten ist eine experimentelle Herausforderung

  14. Historie • Die Vorstellung, daß unser Sonnensystem nicht einmalig ist, ist schon alt, z.B. Epikur (341-270 v.Chr.) • Es gibt keinen Grund, warum es nicht eine unendliche Anzahl von anderen Welten geben sollte • Dagegen stand die dogmatische Vorstellung von Aristoteles (384-322 v.Chr.): • Es kann nicht mehr als eine Welt geben • Erst Giordano Bruno hat im 16. Jh. die Vorstellung wieder aufgegriffen, daß es viele Sonnen mit Planetensystemen geben kann

  15. Historie • Kurz nach der Entwicklung des Teleskops begann die Suche nach extrasolaren Planeten (Christian Huygens 1698) • Aus über 2000 Photoplatten aus der Zeit 1916-1969 schließt van de Kamp 1969 auf die Existenz von einem bzw. zwei jupiterähnlichen Begleitern um Barnards Stern (AJ 74, 238; AJ 74, 757) • Die Beobachtungen wurden nicht bestätigt • D.W. Latham et al. entdecken 1989 einen massearmen Begleiter von HD114762 (Nature 339, 38), der möglicherweise knapp unter der Grenzmasse für Planeten liegt. • Das Objekt wurde noch nicht als Planet bezeichnet

  16. Historie • Wolszczan & Frail 1992 entdecken „Planeten“ um einen Pulsar (Nature 355, 145) • Mayor & Queloz entdecken 1995 den ersten Planeten um den sonnenähnlichen Stern 51 Peg (Nature 378, 355)

  17. Motivation • Eine der ältesten Fragen der Menschheit: • Sind wir allein im Universum? • Ist unser Planetensystem einmalig? • Sternentstehung • Planetenbildung • Entwicklung von Planetensystemen • Wechselwirkung Stern – Planet • Die Suche nach Planeten ist eine experimentelle Herausforderung

  18. Nach was suchen wir? • Sterne: Selbstgravitierende Gaskugeln, Energiebedarf wird/wurde durch (Wasserstoff-) Fusion gedeckt • Grenzmasse von 0.08 M Braune Zwerge: Energiebedarf wird durch Deuteriumfusion gedeckt • Grenzmasse von 0.013 M=13 M • Planeten: Keine Fusionsprozesse, Umwandlung von Potentieller Energie

  19. 100 R  4 1026 W 1 R  =700000Km L~R2 T4eff 0.01 R  5800K Hertzsprung-Russell-Diagramm

  20. SonneK. Werner 31.05.2003

  21. Nach was suchen wir? • Sterne: Selbstgravitierende Gaskugeln, Energiebedarf wird/wurde durch (Wasserstoff-) Fusion gedeckt • Grenzmasse von 0.08 M Braune Zwerge: Energiebedarf wird durch Deuteriumfusion gedeckt • Grenzmasse von 0.013 M • Planeten: Keine Fusionsprozesse, Umwandlung von Potentieller Energie

  22. Braune Zwerge

  23. Nach was suchen wir? • Sterne: Selbstgravitierende Gaskugeln, Energiebedarf wird/wurde durch (Wasserstoff-) Fusion gedeckt • Grenzmasse von 0.08 M=80 M Braune Zwerge: Energiebedarf wird durch Deuteriumfusion gedeckt • Grenzmasse von 0.013 M=13 M • Planeten: Keine Fusionsprozesse, Umwandlung von Potentieller Energie

  24. Größenverhältnisse

  25. Das Problem • Braune Zwerge und Planeten sind extrem lichtschwach • Leuchtkraft: • Brauner Zwerg: • Planet:

  26. Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen

  27. Übersicht • Motivation und Einleitung • Entdeckungsmethoden • Ergebnisse • Ausblick

  28. Verschiedene Methoden • Direktabbildung • Interferometrie, Nulling • Astrometrie • Dopplerspektroskopie • Photometrie • Sternbedeckungen (Transits) • Reflektion • Microlensing • Timing • Pulsare, Weiße Zwerge • Timing residuals

  29. Vergleich einiger Methoden • D Dopplerspektroskopie • X3,.... Dopplerplaneten • P Photometrie • Astrometrie K,S • X1, X2 Pulsarplaneten Planetenmasse in Erdmassen Halbachse AU

  30. Direktabbildungen • Seit Entwicklung des Teleskops versucht ..... • Himmelsdurchmusterungen • 2MASS (IR) • DENIS (IR) • SDSS (optisch)

  31. Surveys

  32. Kandidaten finden ...

  33. Direktabbildungen • Himmelsdurchmusterungen • 2MASS (IR) • DENIS (IR) • SDSS (optisch) • ... liefern Braune Zwerge, einzeln, und in Binärsystemen und „free floating planets“ • Und zwar so viele, daß zwei neue Spektralklassen benötigt wurden • O,B,A,F,G,K,M,L,T

  34. Direktabbildungen • Gezielte Suche: • In Sternentstehungsregionen • Um junge Hauptreihensterne • Um Braune Zwerge

  35. 1 Myr...10Myr Substellare Objekte in Sternentstehungsregionen S Ori 70 Zapetero Osorio et al. 2002, ApJ 578, 536

  36. 1€ aus 5000km Astrometrie • Seit Beginn des 20. Jh. versucht • Planeten verraten sich durch periodische Positionsänderungen des Zentralsterns • aplMpl=a*M* • Bevorzugt weite Systeme • Zeitaufwendig, da ein Umlauf beobachtet werden muß • Grenze ~0.21 sin i M in 1 AU bei 1 M-Stern in 10pc Entfernung • Nur 33 Einzelsterne in 10pc um die Sonne • HST bestätigt einen Planeten

  37. Interferometrie • Gesteigerte • Winkelauflösung • 20 as...2 as • Auslöschung • des Primärsterns

  38. ESO VLTI

  39. Dopplermessungen

  40. Dopplermessungen • 3. Keplersches Gesetz zusammen mit Impulserhaltung liefert • Also Sternmasse aus Spektroskopie, Geschwindigkeit über Dopplereffekt messen, Periode bestimmen • Aber Effekt ist sehr klein: • Jupiter auf Sonne: 15 m/s oder 0.0003Å bei 6000Å • Saturn auf Sonne: 2.7 m/s oder 0.00006Å bei 6000Å

  41. Dopplermessungen • Technologische Grenze bei etwa 3 m/s • ~0.21 sin i M in 1 AU bei 1 M-Stern • Physikalische Grenze durch Geschwindigkeitsfelder auf • dem Stern • Nur Massenuntergrenze bei unbekanntem Inklinationswinkel • Bevorzugt enge Systeme • Erste Detektion: 51 Peg, Mayor & Queloz 1995 • (Nature 378, 355) • Sehr erfolgreiche Methode 107 Planeten gefunden • Auf G-K Sterne beschränkt

  42. Dopplermessungen Beispiele Mayor & Queloz 1995, Nature 378, 355 Butler et al. 1999, ApJ 526, 916 Cochran et al. 1997, ApJ 483, 457

  43. Dopplermessung Beispiele • Planet in einem Binärsystem  Cep • Cochran et al. 2002, DPS 34, 4202

  44. Photometrie Transits • Periodische Helligkeitsänderung durch Sternbedeckung • Helligkeitsänderung ist proportional zum Radiusverhältnis2 • (Rpl/R*)2~0.001

  45. Merkur-Transit 07.05.2003

  46. Transit - Photometrie • Periodische Helligkeitsänderung durch Sternbedeckung • Helligkeitsänderung ist proportional zum Radiusverhältnis2 • (Rpl/R*)2~0.001 • Begrenzt durch intrinsische Sternvariationen und Erdatmosphäre • sin i in engen Grenzen bekannt • Bevorzugt enge Systeme • Kann mit Dopplerspektroskopie kombiniert werden, d.h. Dichte bekannt • Erster Transit-Planet (Charbonneau & Brown 2000, ApJ Letter 529, 45, Henry et al. 2000, ApJ Letter 529, 41) • 2 Planeten gefunden (Konacki et al, 2003, Dreizler et al. 2003)

  47. Transits Planetenatmosphäre • Sternbedeckungen bieten die Möglichkeit, die Planetenatmosphäre während der Bedeckung vom Stern durchleuchtet nachzuweisen • Charbonneau et al. 2001, • ApJ 568, 377

  48. Microlensing • Lichtablenkung eines Hintergrundsterns durch das Gravitationsfeld eines Vordergrundsterns

  49. Microlensing • Planeten verraten sich durch asymmetrische Lichtkurven

  50. Microlensing • Planeten verraten sich durch asymmetrische Lichtkurven • Singuläre Ereignisse  Beobachtungsnetzwerke • Unabhängig von der Art und Entfernung des Zentralsterns  gut für statistische Untersuchungen • Kandidaten aber keine bestätigten Planeten, aber....

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