Es ist äußerst schwierig, detaillierte Informationen über Exoplaneten zu sammeln. Jetzt hat ein Team, das am Keck-Observatorium modernste Technologie einsetzt, einen großen Sprung in der Exoplanetenbeobachtung gemacht und Wasser in der Atmosphäre eines Planeten in 179 Lichtjahren Entfernung entdeckt.
Das Sonnensystem im Herzen dieses Sterns zeigt einen Stern namens HR 8799 und seine Planeten: HR 8799 b, c, d und e. Das System ist im Sternbild Pegasus 179 Lichtjahre entfernt. Der Stern selbst ist ein 30 Millionen Jahre alter Hauptreihenstern. Es ist aus einer Reihe von Gründen bemerkenswert, einschließlich seiner eigenen seltsamen Sterneigenschaften. Aber es ist aus einem anderen wichtigen Grund bemerkenswert. Im Jahr 2008 gaben Wissenschaftler bekannt, dass sie drei Exoplaneten um den Stern - HR 8799b, c und d - mit den Keck- und Gemini-Teleskopen direkt beobachtet hatten. Dann kündigten sie 2010 die Entdeckung eines vierten Planeten an, HR 8799 e.
Diese neueste Ankündigung baut auf den früheren Arbeiten aus dem Jahr 2008 auf, und die Astronomen, die hinter dieser Studie stehen, bezeichnen die neueste Ankündigung als „Sprungbrett“ auf dem Weg zu immer besseren Bildern von Exoplaneten.
Die neuen Beobachtungen beziehen sich auf HR 8799 c, das erstmals 2008 beobachtet wurde. Es ist ein junger riesiger Gasplanet, der etwa siebenmal so groß ist wie die Masse des Jupiter, der seinen Stern alle 200 Jahre umkreist. Diese neuen direkt abgebildeten Beobachtungen bestätigen das Vorhandensein von Wasser in der Atmosphäre und den Mangel an Methan.
"Diese Art von Technologie ist genau das, was wir in Zukunft nutzen wollen, um nach Lebenszeichen auf einem erdähnlichen Planeten zu suchen." - Dimitri Mawet, Studienautor, Caltech und JPL.
Diese neuen Beobachtungen ergeben sich aus einer wirksamen Kombination zweier Teleskoptechnologien bei Keck. Die erste ist die adaptive Optik. Die adaptive Optik wirkt den Unschärfeeffekten der Erdatmosphäre entgegen. Das zweite ist ein Spektrometer am Keck 2-Teleskop, das als kryogener Nahinfrarot-Echelle-Spektrograph (NIRSPEC) bezeichnet wird, ein hochauflösendes Spektrometer, das im Infrarotlicht arbeitet.
„Diese Art von Technologie ist genau das, was wir in Zukunft nutzen wollen, um nach Lebenszeichen auf einem erdähnlichen Planeten zu suchen. Wir sind noch nicht da, aber wir marschieren voran “, sagt Dimitri Mawet, Associate Professor für Astronomie an der Caltech und Forschungswissenschaftler an der JPL, die Caltech für die NASA verwaltet, und Co-Autor der Studie, die diese Ergebnisse präsentierte.
Die neuen Erkenntnisse wurden im Astronomical Journal veröffentlicht. Der Hauptautor ist Ji Wang, ehemals Postdoktorand bei Caltech und jetzt Assistenzprofessor an der Ohio State University.
Bisher haben Astronomen mehr als ein Dutzend Exoplaneten direkt abgebildet. Das HR 8799-System ist das erste Multi-Planet-System, das direkt abgebildet wurde. Die Bilder sind jedoch nur der erste Schritt in dieser Studie.
Einmal aufgenommen, können die Bilder auf die chemische Zusammensetzung in ihrer Atmosphäre analysiert werden. Hier kommt die Spektroskopie ins Spiel. In diesem Fall waren die verfeinerten Fähigkeiten von NIRSPEC entscheidend.
NIRSPEC ist ein Instrument am Keck 2-Teleskop, das im Infrarot-L-Band arbeitet. Das L-Band ist eine Art Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von etwa 3,5 Mikrometern und einem Bereich des Spektrums mit vielen detaillierten chemischen Fingerabdrücken. „Das L-Band wurde bisher weitgehend übersehen, da der Himmel bei dieser Wellenlänge heller ist“, sagt Mawet. "Wenn Sie ein Außerirdischer mit auf das L-Band abgestimmten Augen wären, würden Sie einen extrem hellen Himmel sehen. Es ist schwer, Exoplaneten durch diesen Schleier zu sehen. "
Durch die Kombination von L-Band-Spektroskopie mit adaptiver Optik haben sie die Schwierigkeiten überwunden, einen Planeten zu beobachten, dessen Licht von seinem Stern fast übertönt wird. Sie waren in der Lage, die genauen Messungen des Planeten durchzuführen und die Anwesenheit von Wasser und die Abwesenheit von Methan zu bestätigen.
„Mit Keck können wir bereits jetzt etwas über die Physik und Dynamik dieser riesigen exotischen Planeten lernen, die nichts mit unseren eigenen Planeten des Sonnensystems zu tun haben“, sagt Wang.
"Wir sind uns jetzt sicherer über den Methanmangel auf diesem Planeten", sagt Wang. "Dies kann auf eine Vermischung in der Atmosphäre des Planeten zurückzuführen sein. Das Methan, von dem wir erwarten würden, dass es an der Oberfläche vorhanden ist, könnte verdünnt werden, wenn der Konvektionsprozess tiefere Schichten des Planeten hervorbringt, die kein Methan enthalten. "
Das Team von Mawet bereitet sich bereits auf das nächste und neueste Instrument am Keck-Observatorium vor. Es heißt KPIC (Keck Planet Imager und Characterizer). KPIC wird adaptive Optik und Spektroskopie verwenden, aber noch besser. Mit KPIC können Astronomen Planeten abbilden, die noch schwächer und näher an ihrem Stern sind als HR 8799c.
Und die Zukunft für die Exoplaneten-Bildgebung ist noch besser. Die Technologie hinter adaptiver Optik und Spektroskopie, die zur Abbildung dieses Planeten beigetragen hat, wird in unseren zukünftigen Teleskopen zum Einsatz kommen.
„KPIC ist ein Sprungbrett für unser zukünftiges 30-Meter-Teleskopinstrument“, sagt Mawet. "Im Moment lernen wir viel über die unzähligen Formen von Planeten in unserem Universum."
- Pressemitteilung: Exoplaneten-Trittsteine
- Forschungsarbeit: Detektion von Wasser in der Atmosphäre von HR 8799 c mit L-Band-Hochdispersionsspektroskopie mit Hilfe der adaptiven Optik
- Wikipedia-Eintrag: HR 8799
- Forschungsbericht: Direkte Abbildung mehrerer Planeten, die den Stern HR 8799 umkreisen
- Keck-Observatorium: Teleskopinstrumentierung
