Willkommen zurück zu unserer Reihe über Exoplaneten-Jagdmethoden! Heute betrachten wir die merkwürdige und einzigartige Methode, die als Gravitationsmikrolinsen bekannt ist.
Die Jagd nach extra-solaren Planeten hat sich in den letzten zehn Jahren sicherlich verschärft. Dank technologischer und methodischer Verbesserungen hat die Anzahl der beobachteten Exoplaneten (Stand 1. Dezember 2017) 3.710 Planeten in 2.780 Sternensystemen erreicht, wobei 621 Systeme mehrere Planeten aufweisen. Leider wurde die überwiegende Mehrheit aufgrund verschiedener Grenzen, mit denen Astronomen zu kämpfen haben, mit indirekten Methoden entdeckt.
Eine der am häufigsten verwendeten Methoden zum indirekten Nachweis von Exoplaneten ist die Gravitationsmikrolinse. Im Wesentlichen beruht diese Methode auf der Gravitationskraft entfernter Objekte, um das von einem Stern kommende Licht zu biegen und zu fokussieren. Wenn ein Planet relativ zum Beobachter vor dem Stern vorbeizieht (d. H. Einen Transit durchführt), fällt das Licht messbar ein, was dann verwendet werden kann, um die Anwesenheit eines Planeten zu bestimmen.
In dieser Hinsicht ist die Gravitationsmikrolinse eine verkleinerte Version der Gravitationslinse, bei der ein dazwischenliegendes Objekt (wie ein Galaxienhaufen) verwendet wird, um Licht von einer Galaxie oder einem anderen darüber liegenden Objekt zu fokussieren. Es enthält auch ein Schlüsselelement der hochwirksamen Transitmethode, bei der Sterne auf Helligkeitsabfälle überwacht werden, um das Vorhandensein eines Exoplaneten anzuzeigen.
Beschreibung:
In Übereinstimmung mit Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie bewirkt die Schwerkraft, dass sich das Gewebe der Raumzeit biegt. Dieser Effekt kann dazu führen, dass Licht, das von der Schwerkraft eines Objekts beeinflusst wird, verzerrt oder verbogen wird. Es kann auch als Linse fungieren, wodurch das Licht fokussierter wird und entfernte Objekte (wie Sterne) für einen Betrachter heller erscheinen. Dieser Effekt tritt nur auf, wenn die beiden Sterne relativ zum Beobachter fast genau ausgerichtet sind (d. H. Einer vor dem anderen positioniert ist).
Diese „Linsenereignisse“ sind kurz, aber reichlich, da sich Erde und Sterne in unserer Galaxie immer relativ zueinander bewegen. In den letzten zehn Jahren wurden über tausend solcher Ereignisse beobachtet, die typischerweise einige Tage oder Wochen dauerten. Tatsächlich wurde dieser Effekt 1919 von Sir Arthur Eddington genutzt, um den ersten empirischen Beweis für die Allgemeine Relativitätstheorie zu liefern.
Dies geschah während der Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919, als Eddington und eine wissenschaftliche Expedition auf die Insel Principe vor der Küste Westafrikas reisten, um die Sterne zu fotografieren, die jetzt in der Region um die Sonne sichtbar waren. Die Bilder bestätigten Einsteins Vorhersage, indem sie zeigten, wie sich das Licht dieser Sterne als Reaktion auf das Gravitationsfeld der Sonne leicht verschob.
Die Technik wurde ursprünglich 1991 von den Astronomen Shude Mao und Bohdan Paczynski vorgeschlagen, um nach binären Begleitern für Sterne zu suchen. Ihr Vorschlag wurde 1992 von Andy Gould und Abraham Loeb als Methode zum Nachweis von Exoplaneten verfeinert. Diese Methode ist am effektivsten bei der Suche nach Planeten in Richtung des Zentrums der Galaxie, da die galaktische Ausbuchtung eine große Anzahl von Hintergrundsternen liefert.
Vorteile:
Mikrolinsen sind die einzige bekannte Methode, mit der Planeten in wirklich großen Entfernungen von der Erde entdeckt und die kleinsten Exoplaneten gefunden werden können. Während die Radialgeschwindigkeitsmethode bei der Suche nach Planeten bis zu 100 Lichtjahren von der Erde effektiv ist und die Transitphotometrie Planeten in Hunderten von Lichtjahren Entfernung erkennen kann, kann die Mikrolinse Planeten finden, die Tausende von Lichtjahren entfernt sind.
Während die meisten anderen Methoden eine Detektionsneigung gegenüber kleineren Planeten aufweisen, ist die Mikrolinsenmethode das empfindlichste Mittel zur Detektion von Planeten, die etwa 1-10 astronomische Einheiten (AU) von sonnenähnlichen Sternen entfernt sind. Mikrolinsen sind auch das einzige bewährte Mittel zum Nachweis von Planeten mit geringer Masse in breiteren Umlaufbahnen, in denen sowohl die Transitmethode als auch die Radialgeschwindigkeit unwirksam sind.
Zusammengenommen machen diese Vorteile die Mikrolinse zur effektivsten Methode, um erdähnliche Planeten um sonnenähnliche Sterne zu finden. Darüber hinaus können Mikrolinsenuntersuchungen mithilfe bodengestützter Einrichtungen effektiv durchgeführt werden. Wie die Transitphotometrie profitiert auch die Mikrolinsenmethode von der Tatsache, dass damit Zehntausende von Sternen gleichzeitig vermessen werden können.
Nachteile:
Da Mikrolinsenereignisse einzigartig sind und nicht wiederholt werden können, können Planeten, die mit dieser Methode entdeckt wurden, nicht mehr beobachtet werden. Darüber hinaus sind die entdeckten Planeten in der Regel sehr weit entfernt, was Nachuntersuchungen praktisch unmöglich macht. Glücklicherweise erfordern Mikrolinsenerkennungen im Allgemeinen keine Nachuntersuchungen, da sie ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen.
Während eine Bestätigung nicht erforderlich ist, wurden einige planetare Mikrolinsenereignisse bestätigt. Das Planetensignal für das Ereignis OGLE-2005-BLG-169 wurde durch HST- und Keck-Beobachtungen bestätigt (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Darüber hinaus können Mikrolinsenuntersuchungen nur grobe Schätzungen der Entfernung eines Planeten liefern, sodass erhebliche Fehlerquoten verbleiben.
Mikrolinsen können auch keine genauen Schätzungen der Umlaufbahn-Eigenschaften eines Planeten liefern, da die einzige Umlaufbahn-Eigenschaft, die mit dieser Methode direkt bestimmt werden kann, die aktuelle Semi-Major-Achse des Planeten ist. Planeten mit einer exzentrischen Umlaufbahn sind daher nur für einen winzigen Teil ihrer Umlaufbahn erkennbar (wenn sie weit von ihrem Stern entfernt sind).
Schließlich hängt die Mikrolinse von seltenen und zufälligen Ereignissen ab - dem Durchgang eines Sterns genau vor einem anderen, von der Erde aus gesehen -, was Erkennungen sowohl selten als auch unvorhersehbar macht.
Beispiele für Gravitations-Mikrolinsenuntersuchungen:
Umfragen, die auf der Mikrolinsenmethode beruhen, umfassen das optische Gravitationslinsenexperiment (OGLE) an der Universität Warschau. Unter der Leitung von Andrzej Udalski, dem Direktor des Astronomischen Observatoriums der Universität, sucht dieses internationale Projekt mit dem 1,3-Meter-Teleskop „Warschau“ in Las Campanas, Chile, nach Mikrolinsenereignissen in einem Feld von 100 Sternen um die galaktische Ausbuchtung.
Es gibt auch die Gruppe Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), eine Zusammenarbeit zwischen Forschern in Neuseeland und Japan. Unter der Leitung von Professor Yasushi Muraki von der Nagoya University verwendet diese Gruppe die Mikrolinsenmethode, um Untersuchungen für dunkle Materie, außersolare Planeten und Sternatmosphären aus der südlichen Hemisphäre durchzuführen.
Und dann gibt es noch das NETZ (PLANET) für Sondierungslinsenanomalien, das aus fünf 1-Meter-Teleskopen besteht, die auf der südlichen Hemisphäre verteilt sind. In Zusammenarbeit mit RoboNet kann dieses Projekt nahezu kontinuierliche Beobachtungen für Mikrolinsenereignisse liefern, die von Planeten mit so geringen Massen wie der Erde verursacht werden.
Die bislang sensibelste Umfrage ist das Korean Microlensing Telescope Network (KMTNet), ein Projekt, das 2009 vom Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) initiiert wurde. KMTNet stützt sich auf die Instrumente von drei südlichen Observatorien, um eine kontinuierliche 24-Stunden-Überwachung zu gewährleisten die galaktische Ausbuchtung, auf der Suche nach Mikrolinsenereignissen, die den Weg zu Planeten mit Erdmasse weisen, die mit ihren bewohnbaren Zonen der Sterne umkreisen.
Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel über die Erkennung von Exoplaneten geschrieben. Was sind zusätzliche Sonnenplaneten? Was ist die Transitmethode? Was ist die Radialgeschwindigkeitsmethode? Was ist die Gravitationslinse? und Keplers Universum: Mehr Planeten in unserer Galaxie als Sterne
Weitere Informationen finden Sie auf der NASA-Seite zur Exoplanetenexploration, auf der Seite der Planetary Society zu Extrasolarplaneten und im NASA / Caltech-Exoplanetenarchiv.
Astronomy Cast hat auch relevante Episoden zu diesem Thema. Hier ist Episode 208: Das Spitzer-Weltraumteleskop, Episode 337: Photometrie, Episode 364: Die CoRoT-Mission und Episode 367: Spitzer macht Exoplaneten.
Quellen:
- NASA - 5 Wege, einen Planeten zu finden
- Planetary Society - Mikrolinsen
- Wikipedia - Methoden zum Nachweis von Exoplaneten
