Exoplaneten

Es gibt nun im Portal einen Artikel zu obiger Exomondproblematik. http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/08092009121951.shtml

Während hier im Forum (und der Presse) bisher nur über die Möglichkeiten der Entdeckung von Exomonden unter Einsatz der Transit-Methode berichtet wurde, steht im Artikel etwas zur Exomond-Entdeckung mit Hilfe hochgenauer Radialgeschwindigkeitsmessungen, was mir neu erscheint und wohl von einem britischen Wissenschaftlerteam auf der letzten Europlanet-Konferenz dargestellt wurde. Ich werde mich mal auf die Suche nach einer Quelle machen.

So, nach ein wenig rumsuchen in den einschlägigen Quellen bin ich zu dem Schluss gekommen, dass die Entdeckung von Exomonden durch Radialgeschwindigkeitsmessungen wenn überhaupt durch den Einsatz von Teleskopen der nächsten Generation möglich wäre, wie z.B. dem E-ELT (First Light 2018) - außer natürlich auf der Konferenz wurde etwas völlig neues verkündet!

Direkt an der Radialgeschwindigkeit des Muttersterns kann man die Anwesenheit eines Mondes nämlich kaum ablesen, da die Daten ziemlich genau denen eines etwas schwereren Planeten entsprechen würden. Das leichte Schlingern eines Planeten durch die Anwesenheit eines Mondes ist so winzig, dass es auf diese Weise praktisch nicht entdeckbar ist.
Man müsste also die Radialgeschwindigkeit des Planeten selbst messen, was erfordern würde, dass man den Planet direkt beobachten kann! Dafür braucht man dann ein Riesenteleskop wie das E-ELT. Mit dieser Methode werden wir also Exomonde erst entdecken, wenn wir Exoplaneten bereits direkt abbilden können!

Ich habe nochmal ein bißchen weiter recherchiert zum Thema Entdeckung von Exomonden durch Doppler-Spektroskopie.

Neben der oben erwähnten, aber noch weit in der Zukunft liegenden Möglichkeit, die Radialgeschwindigkeit eines Planeten selbst zu messen und so auf einen möglichen Satelliten zu schließen, gibt es noch weitere Methoden. Alle diese Methoden setzen aber Messungen der Radialgeschwindigkeit mit heute noch nicht verfügbarer Präzision voraus.

1. Sehr geringe Störungen in der RV-Kurve auf Grund von 3-Körper-Interaktionen. Um diese messen zu können, bräuchte man allerdings eine Messgenauigkeit im Bereich von Millimetern pro Sekunde. Die besten heutigen Systeme, wie HARPS, erreichen eine Genauigkeit im Bereich von Metern pro Sekunde. Zusätzlich fluktuieren Sterne selbst und können so Störungen im Bereich von cm/s bis m/s verursachen, die nur schwer herauszurechnen sind. Für Messungen dieser Art müsste das 3-Körper-System zudem sehr kompakt sein, wodurch etwaige Monde durch Gezeiteninteraktionen schnell aus ihrem Orbit entfernt werden würden.

2. Störungen des Rossiter-McLaughlin-Effekts. Der RM Effekt führt zu Schwankungen in der RV-Kurve, die scheinbar wie Veränderung der RV des Sterns wirken, wenn ein Planet einen Stern umkreist, aber eben nur scheinbar. Das vom Stern emittierte Licht wird durch dessen Rotation auf der sich auf den Beobachter zu bewegenden Seite leicht ins blaue verschoben und ins rote bei der rücklaufenden Bewegung. Während eines Transits blockt der Planet einen Teil des Lichts je nach Position, was zu den genannten Störungen in der scheinbaren Radialgeschwindigkeit des Sterns führt. Ein mitumlaufender Mond blockt ebenfalls einen Teil des entweder ins blaue oder ins rote verschobenen Lichts, was zu weiteren kleineren Störungen der RV-Kurve führt, insbesondere dann, wenn der Mond während eines Transits mehere Orbits absolviert.
Die wichtige Einschränkung dieser Methode ist, dass sie nur bei Planeten angewandt werden kann, welche Transits vollziehen, was ansonsten bei der Doppler-Spektroskopie nicht nötig ist. Gleichzeitig ermöglicht diese Tatsache aber auch die simultane Anwendung von photometrischen und spektroskopischen Methoden.

Bei einem System mit folgenden Daten:

Masse: 0.15 MJupiter (Planet), 1 MErde (Mond)
Radius: 0.40 RJupiter (Planet), 1 RErde (Mond
Periode: 600 Tage (Planet), 0.3 Tage (Mond)
Inklination: 65° (Planet), 80° (Mond)
Aufsteigender Knoten: 0.04° (Planet), 0° (Mond)

Sternmasse: 0.3 MSonne
Sternradius: 0.36 RSonne
Rotationsperiode: 10 Tage
Randverdunkelung: 0.5

kamen Simon et al. bei ihrer Simulation für dieses Beispielsystem zu einer Änderung der RV-Kurve um 80 cm/s durch den Mond, was mit Teleskopen der nächsten Generation und neuen spektrometrischen Verfahren erreichbar wäre. Aber auch hier bleibt das Problem der natürlichen RV-Fluktuationen des Sterns. Zum Vergleich: Ganymed um Jupiter führt lediglich zu Störungen in der RV-Kurve der Sonne von 4 cm/s, der Erdmond zu rund 1 cm/s.

Neue aufwendige Nachfolgebeobachtungen des Systems Corot-7 u.a. mit dem HARPS-Spektrographen, legen die Anwesenheit eines zweiten Planeten, Corot-7c nahe. Zusätzlich wurde die Masse des bereits bekannten Planeten Corot-7b genauer bestimmt. Beide Planeten sind so genannte Super-Erden und umlaufen ihren Stern sehr dicht in nur wenigen Tagen.

Um Variationen der Radialgeschwindigkeit durch stellare Aktivität besser verstehen und somit herausrechnen zu können, wurde der Stern Corot-7 zusätzlich mit photometrischen Mitteln am Euler-Swiss-Telescope untersucht.

Eine genaue Analyse der Daten zeigt nun für Corot-7b eine Masse von 4,8 Erdmassen (+-0,4) bei einer Umlaufzeit von lediglich 0,835 Tagen. Die Amplitude der Veränderung der RV beträgt hier 3,3 m/s. Corot-7c ist mit etwa 8,4 (+-0,9) Erdmassen etwa doppelt so schwer, nimmt man an, dass beide Planeten in einer Ebene liegen, und umläuft den Stern in 3,69 Tagen. RV-Amplitude hier 4 m/s.

http://exoplanet.eu/papers/corot7-RV.pdf

Moin,

zu *CoRoT-7b* und zum Weltraumteleskop *CoRoT* gibt es hier noch weitere Informationen >>> DLR Portal

Jerry

Seltsam, dass der DLR-Artikel, obwohl von heute, den neuen Planeten Corot-7c in keinem Wort erwähnt.  

edit: @Anhaltiner: Ups, da war ich wohl etwas sehr schnell mit dem Lesen! 

@Kreuzberga: DLR erwähnt den Corot-7c in der Mitte des Artikels

http://www.dlr.de/DesktopDefault.aspx/tabid-1/86_read-19776/

Auf ScienceBlogs gibt einen schönen Artikel über 7c

http://www.scienceblogs.de/planeten/2009/09/und-noch-ne-supererde-um-den-stern-corot7.php

Auch wenn es schon hier in den Schlagzeilen ist, noch ein Lesetip zu CoROT-7 von der Nachrichten-Urquelle ESO:
http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2009/pr-33-09.html

Hansjürgen

Moin,

ich beziehe mich auf den Beitrag:     
Re: Exoplaneten « Antworten #319 am: 25. August 2008 hier in diesem Thread.


Bild: mpia.de/Public - Die protoplanetare Scheibe um den jungen Stern TW Hydrae, mit NACO/PDI am VLT polarimetrisch sichtbar gemacht.

Mich hat schon immer dieser Exo interessiert und deshalb such ich nach neuesten Informationen, ob es ihn nun gibt oder nicht.

Die letzten Daten stammen vom mpia:

Beobachtete Werte
Sternsystem:   TW Hydrae
Veränderlicher Sterntyp:    T-Tauri-Stern
Sternbild:    Wasserschlange
Entfernung:     184 ± 23 Lj
Scheinbare Helligkeit:    11,1 mag
Entdeckungsmethode   Radialgeschwindigkeit
Status:   Bestätigt
Umlaufperiode:   3.56 ± 0.02 Tage
Amplitude der RV-Abweichung (K):   12.42 m/s
Exzentrizität:   0.04 ± 0.03
Inklination:   7 ± 1 °
Omega (Frühlingswinkel):   105 ± 27 °
Periheldurchgang (Jul. Dat.):   0 JD
    
Aus der Sternmasse abgeleitete Werte
Minimalmasse:   9.8 ± 3.3 M_Jup (3.115 M_E)
Entfernung zum Stern (Variation aufgrund Exzentrizität):   0.041 ± 0.002 AE (0.03936 - 0.04264 AE)

Jerry

So, nun haben wir es doch noch locker in diesem Jahr geschafft: Laut exoplanet.eu steht die Zahl der einigermaßen gesicherten Exoplaneten nun bei über 400!   Genauer: 402 Planeten in 340 Planetensystemen (davon 42 Systeme mit mehreren Planeten).

Auf den ersten Blick sind in dem neuen Planetensatz (fast 30 neue Planete auf einmal!) auch einige Supererden dabei. Ich muss nun erstmal schauen, wer überhaupt für die neuen Bekanntgaben verantwortlich ist.

Hier eine Pressemitteilung der ESO zu den 32 neuen Exoplaneten: http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2009/pr-39-09.html (Man beachte die Videos an der rechten Seite!)

Die Planeten wurden auf der Konferenz Towards Other Earths: perspectives and limitations in the ELT era in Porto bekanntgegeben. Verantwortlich war auch hier das hochgradig erfolgreiche HARPS-Team. 24 der 28 bekannten Exoplaneten mit einer Masse von weniger als 20 Erdmassen wurden bisher von HARPS entdeckt.

Hallo,

hier noch schnell die deutsche Version der Pressemitteilung : 
http://www.eso.org/public/germany/press-rel/pr-2009/pr-39-09.html 

Schöne Grüße aus Hamburg - Mirko

24 der 28 bekannten Exoplaneten mit einer Masse von weniger als 20 Erdmassen wurden bisher von HARPS entdeckt.

Erstaunlich ist auch, dass HARPS insgesamt 75 der 402 bekannten Exoplaneten entdeckt hat. Ich finde, wir brauchen noch ein paar davon.

Unsere letzte Meldung über eine Subererde stützte sich übrigens auch auf Beobachtungsdaten von HARPS.

Moin,

in der Gashülle des bereits 1999 entdeckten Exoplaneten *HD 209458B* haben Wissenschaftler Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan nachgeweisen.

Der Mutterstern dieses Exo ist *HD 209458* (V376 Pegasi), Sternbild Pegasus, 7,65 mag, ~ 154 Lj. Ihn umrundet der Exo in 3 1/2 Tagen bei einer Entfernung von nur 0,045 AE. Mit den Weltraumteleskopen Hubble und Spitzer verfolgten die Forscher die Veränderungen des Infrarotspektrum bei diesem System.
Der Anteil von Methan ist wesentlich höher gegenüber dem nachgewiesenen Wasserdampf und Kohlendioxid.

An der Forschung sind Mark R. Swain vom Jet Propulsion Laboratory, CIoT Pasadena; Jeroen Bouwman vom MPIA Heidelberg; Daniel Angershausen vom Institut für Raumfahrtsysteme der Uni Stuttgart und andere Wissenschaftler beteiligt.

Jerry

Ein vor allem südkoreanisches Astronomenteam hat die Entdeckung eines substellaren Begleiters des rund 38,5 Parsec entfernten orangenen Riesensterns gamma 1 Leo bekanntgegeben. Gamma 1 Leo ist auch als HD 89484 bekannt und hat die Spektralklasse K0III. Gamma 1 Leo hat die 1,23fache Masse der Sonne und einen fast 40mal so großen Radius wie die Sonne.

Der planetare Begleiter hat rund 8,78 Jupitermassen und umläuft den Stern in 428,5 Tagen bei einer gr. Halbachse von 1,19 AU und einer Exzentrizität von 0,14.

http://fr.arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0911/0911.0968v1.pdf

@Timo: Danke für die Info - aber gibts an dem neuen Fund etwas besonderes? Für mich klingt der nach einem ziemlich ordinären Exoplaneten.

Ich hab übrigens neulich auf einer Hochzeit mit dem Vater der Braut gesprochen, einem Rentner, der in seiner Freizeit bereits bekannte Exoplaneten spektroskopisch vermisst. Damit hilft er den professionellen Forscher, die Bahndaten bekannter Exos zu verbessern.

Hobbyastronomen vermessen Exoplaneten. Das sowas heutzutage geht, war mir völlig neu.

@Timo: Danke für die Info - aber gibts an dem neuen Fund etwas besonderes? Für mich klingt der nach einem ziemlich ordinären Exoplaneten.

Hm, das ist natürlich eine Frage der Perspektive! Man könnte auch behaupten, es gäbe keine "ordinären" Exos, da alle für sich genommen etwas besonderes seien.

In diesem konkreten Fall haben wir es immerhin mit einem Planeten um einen Riesenstern, also außerhalb der Hauptreihe zu tun (Erkennbar am "III" bei der Spektralklassifizierung "K0III"). Planeten um Riesensterne sind gerade mal so rund zwei Dutzend bekannt.

Ansonsten ist es in der Community natürlich interessant, welches Team genau die Entdeckung gemacht hat!  

Zu Amateurspektroskopie: Finde ich auch echt spannend! Ich hatte schon mal darüber nachgedacht, dafür einen eigenen Thread aufzumachen. Ein internationales Großprojekt sind die z.B. die Leute von spectrashift.com: http://www.spectrashift.com/index.shtml

Ziel ist es, ein eigenes Gerät zusammenzuschrauben, mit dem sogar die Entdeckung von Exoplaneten amateurmäßig möglich wäre. Bestätigungsbeobachtungen wurden ebenfalls bereits durchgeführt.

Ein chinesisches Astronomenteam hat einen äußerst interessanten Exoplaneten in einem Orbit um ein eng umlaufendes Binärsternensystem entdeckt. Das System QS Virginis im Sternbild Jungfrau ist etwa 157 Lichtjahre entfernt und besteht aus einem Weißen und einem Roten Zwergen, die sich in 3,37 Stunden umrunden. Es handelt sich um ein so genannten bedeckenden kataklysmischen Veränderlichen (CV), da der Weiße Zwerg Materie von seinem Begleitstern abzieht und es so zu regelmäßigen Strahlungsausbrüchen kommt. Aus unserer Sichtlinie bedecken sich die beiden stellaren Objekte regelmäßig gegenseitig. Im konkreten Fall von QS Vir handelt es sich allerdings um einen momentan inaktiven CV. Die Astronomen gehen aber davon aus, dass durch Magnetisches Bremsen Drehimpuls verloren geht und der Orbit der Binärsterne immer enger wird, sodass das System bald zu einem normalen CV werden dürfte. Zum Drehimpulsverlust durch magnetic braking und der Entstehung und Dynamik von CV allgemein siehe z.B. hier.

Der neu entdeckte planetare Begleiter hat eine Mindestmasse von 6,4 Jupitermassen und umläuft beide Sterne in 7,86 Jahren bei einer recht großen Exzentrizität von 0,37. Die gr. Halbachse entspricht 4,2 Astronomische Einheiten (AU). Die Formationsgeschichte eines solchen Planetensystems ist natürlich außerordentlich interessant.

Spannende Sache. Ich dachte, bis vor ein paar Jahren war es sogar noch ziemlich umstritten, ob Exoplaneten um Mehrfachsternsysteme überhaupt existieren können aufgrund ziemlich instabiler Bahnen. So ein Planet wird ja zum Spielball des komplexen Gravitationsfeldes.

Moin,

wollte nur darauf hinweisen, dass wir über solche Systeme in *Stern/Planeten-System* schon einiges geschrieben haben >>>

Jerry

Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Anwesenheit von jupiterähnlichen Planeten um einen Stern und der Konzentration des Elements Lithium in stellaren Photosphären?

Neue Beobachtungen mit dem HARPS-Spektrographen scheinen genau darauf hinzudeuten, was auch den Lithiummangel an der Oberfläche der Sonne erklären könnte. So weist die Sonne um 2 Größenordnungen weniger Lithium auf als die meisten anderen Sterne des gleichen Typs. Da Lithium schon kurz nach dem Urknall entstanden ist und ansonsten kaum in Sternen produziert wird, sollte es eigentlich homogen im Universum verteilt sein und in allen Sternen in ähnlicher Konzentration vorliegen.

Mit dem HARPS-Spektrographen wurden nun 500 Sterne der Spektralklassen G2V bis G4V (Sonne: G2V) unter die Lupe genommen und auf ihren Lithiumgehalt hin untersucht. 70 dieser Sterne haben bekannte planetare Begleiter der Jupiterklasse. Bei den 70 Sternen mit Planeten wurden nur ein Hundertstel des Lithiums von planetenlosen Vergleichssternen gefunden und das unabhängig vom jeweiligen Alter der Sterne.

Doch wie könnte solch ein Zusammenhang zwischen der Anwesenheit von Planeten und der Abwesenheit von Lithium erklärt werden? Der Leiter des Experiments, Garik Israelian vom Institutos de Astrofisica de Canarias in Tenerifa, hält einen durch Migration des Planeten nach Innen stattfindende Drehimpulstransfer vom Planeten in die oberen Schichten des Sterns. Dies führe zu verstärkter Reibung zwischen den äußeren und inneren Regionen des Sterns, woraufhin das Lithium absinke und in tieferen, heißeren Regionen des Sterns zerstört werde.

Bei planetenlosen Sternen oder solchen, die nur über relativ kleine Begleiter von der Größe der Erde oder des Neptun verfügen, könne dieser Prozess nicht stattfinden.

http://www.eso.org/public/outreach/press-rel/pr-2009/pr-42-09.html

Sollte sich der Zusammenhang bestätigen, wäre dies ein großer Durchbruch, da man ein relativ einfach zu ermittelndes Merkmal hätte, um Sterne für die Suche nach Planeten vorauszuwählen.

Neue Messungen mit Hubble konnten zeigen, dass der Exoplanetenkandidat HD 136118 b kein Planet ist, sondern viel wahrscheinlicher ein Brauner Zwerg, der in der Braunen-Zwerg-Wüste angesiedelt ist.

Die vorherige Massenbestimmung durch Radialgeschwindigkeitsmessungen kam zu einem Ergebnis von 12 Jupitermassen. Die neuen Untersuchungen zeigen dagegen eine Masse von [tex]42^{+11}_{-18}[/tex] Jupitermassen an. Die genauere Massenabschätzung war möglich da mit Hubble astrometrische Messungen vorgenommen werden konnten. Durch reine Radialgeschwindigkeitsmessungen kann nur eine Minimalmasse für den Planetenkandidaten angegeben werden, da die Inklination des Planetenorbits unbekannt bleibt. Mit Hubble konnte nun die Inklination mit [tex]163.1^+_- 3.0[/tex] festgestellt werden.

Damit verringert sich die Zahl der guten Exoplanetenkandidaten auf 404. Möglicherweise müssen wir in Zukunft mit immer mehr Planeten rechnen für deren Orbitparameter genauer bestimmt werden und die dann aus der Planetenkategorie fallen.

Die Rate mit der neue Kandidaten entdeckt werden wird allerdings schneller steigen, sodass die Gesamtzahl langfristig trotzdem schnell größer werden dürfte.  

Quelle: http://arxiv.org/abs/0911.4645

Hallo,

worauf bezieht sich bei diesen Angaben denn die Inklination? Ich vermute, auf unseren Beobachtungsstandpunkt (und unsere Ekliptik?) gemünzt?

Unsere Ekliptik hat damit nichts zu tun, aber unser Beobachtungsstandpunkt. Wenn unsere Sichtlinie durch die Orbitebene des Planeten verläuft ist die Inklination 90°, der Planet wird aus unserer Perspektive einen Transit vollziehen. Stößt unsere Sichtlinie senkrecht auf die Orbitebene ist die Inklination 0°. In dieser Situation sind keine Radialgeschwindigkeitsmessungen mehr möglich, da die Kraft die der Planet auf den Stern ausübt keine Kompenenten in der Richtung unserer Sichtlinie hat.

Am deutlichsten wird dementsprechend der Ausschlag der Radialgeschwindigkeitskurve bei einer Inklination von 90°. Ein kleinerer, masseärmerer Planet könnte also theoretisch bei einer Inklination von 90° die gleiche Radialgeschwindigkeitskurve erzeugen wie ein ungleich schwererer Planet bei bspw. 10° oder 170° Inklination.

Wenn im Zusammenhang von Exoplaneten von Mindestmasse die Rede ist, ist also immer (meist) die Masse desjenigen hypothetischen Planeten gemeint, der bei i=90° die gemessene Radialgeschwindigkeitsänderung erzeugen könnte. Misst man nun die Inklination tatsächlich, ist es recht wahrscheinlich, dass der Planetenorbit eine Inklination ungleich 90° aufweist und dementsprechend erheblich schwerer sein muss, als die angegebene Minimalmasse.  

Wenn im Zusammenhang von Exoplaneten von Mindestmasse die Rede ist, ist also immer (meist) die Masse desjenigen hypothetischen Planeten gemeint, der bei i=90° die gemessene Radialgeschwindigkeitsänderung erzeugen könnte.

Warum gibt man nicht zusätzlich die Höchstmasse an, also für eine Inklination von 0°?

Und wie kann ich mir eine Inklination von 160° vorstellen gegenüber 20°? Ich sehe da gerade keinen Unterschied, ausser die orbitale Drehrichtung des Planeten um dessen Stern ist bekannt. Weiss man das denn? Und wenn ja, sind 0° rechts- oder linksdrehend definiert?