Vor fünfzehn Jahren hatten die größten Teleskope der Welt noch keinen Planeten gefunden, der einen anderen Stern umkreist. Heutzutage sind Teleskope, die nicht größer sind als die in Kaufhäusern erhältlichen, in der Lage, bisher unbekannte Welten zu entdecken. Ein neu entdeckter Planet, der von einem kleinen Teleskop mit einem Durchmesser von 4 Zoll entdeckt wurde, zeigt, dass wir uns an der Schwelle eines neuen Zeitalters der Planetenentdeckung befinden. Bald könnten sich neue Welten in einem beschleunigten Tempo befinden und die Entdeckung der ersten erdgroßen Welt einen Schritt näher bringen.
"Diese Entdeckung zeigt, dass selbst bescheidene Teleskope einen großen Beitrag zur Planetensuche leisten können", sagt Guillermo Torres vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), einem Mitautor der Studie.
Diese Forschungsstudie wird online unter http://arxiv.org/abs/astro-ph/0408421 veröffentlicht und in einer kommenden Ausgabe der Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Dies ist die allererste Entdeckung eines extrasolaren Planeten, die durch eine spezielle Untersuchung von vielen tausend relativ hellen Sternen in großen Regionen des Himmels gemacht wurde. Es wurde mit der Transatlantischen Exoplanetenvermessung (TrES) hergestellt, einem Netzwerk kleiner, relativ kostengünstiger Teleskope, die speziell für Planeten entwickelt wurden, die helle Sterne umkreisen. Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von David Charbonneau (CfA / Caltech), Timothy Brown vom Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung (NCAR) und Edward Dunham vom Lowell Observatory entwickelte das TrES-Netzwerk. Die erste Unterstützung für das TrES-Netzwerk kam vom Jet Propulsion Laboratory der NASA und vom California Institute of Technology.
„Es dauerte mehrere Ph.D. Wissenschaftler arbeiten in Vollzeit an der Entwicklung der Datenanalysemethoden für dieses Suchprogramm, aber das Gerät selbst verwendet einfache Standardkomponenten “, sagt Charbonneau.
Obwohl die kleinen Teleskope des TrES-Netzwerks die erste Entdeckung machten, waren Nachbeobachtungen in anderen Einrichtungen erforderlich. Beobachtungen am W.M. Das Keck-Observatorium, das für die University of California, Caltech und die NASA die beiden größten Teleskope der Welt in Hawaii betreibt, war besonders wichtig, um die Existenz des Planeten zu bestätigen.
Planetenschatten
Der neu entdeckte Planet ist ein Gasriese in Jupiter-Größe, der einen Stern umkreist, der sich im Sternbild Lyra etwa 500 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Diese Welt umkreist ihren Stern alle 3,03 Tage in einer Entfernung von nur 4 Millionen Meilen, viel näher und schneller als der Planet Merkur in unserem Sonnensystem.
Astronomen verwendeten eine innovative Technik, um diese neue Welt zu entdecken. Es wurde mit der „Transitmethode“ gefunden, bei der nach einem Einbruch der Helligkeit eines Sterns gesucht wird, wenn ein Planet direkt vor dem Stern kreuzt und einen Schatten wirft. Ein Jupiter-großer Planet blockiert nur etwa 1/100 des Lichts eines sonnenähnlichen Sterns, aber das reicht aus, um ihn erkennbar zu machen.
Um erfolgreich zu sein, müssen Transitsuchen viele Sterne untersuchen, da wir einen Transit nur sehen, wenn sich ein Planetensystem fast direkt an unserer Sichtlinie befindet. Derzeit werden verschiedene Transitsuchen durchgeführt. Die meisten untersuchen begrenzte Bereiche des Himmels und konzentrieren sich auf schwächere Sterne, da diese häufiger vorkommen, wodurch sich die Chancen erhöhen, ein Transitsystem zu finden. Das TrES-Netzwerk konzentriert sich jedoch auf die Suche nach helleren Sternen in größeren Himmelsbereichen, da Planeten, die helle Sterne umkreisen, leichter direkt zu untersuchen sind.
„Wir müssen nur mit dem Licht arbeiten, das vom Stern kommt“, sagt Brown. "Es ist viel schwieriger, etwas zu lernen, wenn die Sterne schwach sind."
„Es ist fast paradox, dass kleine Teleskope effizienter sind als die größten, wenn Sie die Transitmethode verwenden, da wir in einer Zeit leben, in der Astronomen bereits Teleskope mit einem Durchmesser von 100 Metern planen“, sagt der Hauptautor Roi Alonso vom Astrophysical Institute of die Kanaren (IAC), die den neuen Planeten entdeckten.
Die meisten bekannten extrasolaren Planeten wurden mit der „Doppler-Methode“ gefunden, bei der der Gravitationseffekt eines Planeten auf seinen Stern spektroskopisch erfasst wird, indem das Licht des Sterns in seine Teilfarben zerlegt wird. Die Informationen, die mit der Doppler-Methode über einen Planeten gewonnen werden können, sind jedoch begrenzt. Zum Beispiel kann nur eine Untergrenze für die Masse bestimmt werden, da der Winkel, unter dem wir das System betrachten, unbekannt ist. Ein massereicher Brauner Zwerg, dessen Umlaufbahn stark zu unserer Sichtlinie geneigt ist, erzeugt das gleiche Signal wie ein Planet mit geringer Masse, der sich fast am Rand befindet.
„Wenn Astronomen einen Transitplaneten finden, wissen wir, dass seine Umlaufbahn im Wesentlichen am Rande liegt, sodass wir seine genaue Masse berechnen können. Aus der Menge an Licht, die es blockiert, lernen wir seine physikalische Größe. In einem Fall konnten wir sogar die Atmosphäre eines riesigen Planeten erkennen und untersuchen “, sagt Charbonneau.
Verdächtige sortieren
Die TrES-Umfrage untersuchte ungefähr 12.000 Sterne in 36 Quadratgrad des Himmels (eine Fläche, die halb so groß ist wie die Schüssel des Großen Wagens). Roi Alonso, ein Doktorand von Brown, identifizierte 16 mögliche Kandidaten für Planetentransits. „Die TrES-Umfrage gab uns unsere erste Aufstellung von Verdächtigen. Dann mussten wir viele Nachbeobachtungen durchführen, um die Betrüger zu eliminieren “, sagt Co-Autor Alessandro Sozzetti (Universität Pittsburgh / CfA).
Nachdem die Forscher Ende April die Kandidatenliste zusammengestellt hatten, verwendeten sie Teleskope am Whipple Observatory der CfA in Arizona und am Oak Ridge Observatory in Massachusetts, um zusätzliche photometrische Beobachtungen (Helligkeitsbeobachtungen) sowie spektroskopische Beobachtungen zu erhalten, die das Verfinstern von Doppelsternen eliminierten.
Innerhalb von zwei Monaten hatte sich das Team auf den vielversprechendsten Kandidaten konzentriert. Hochauflösende spektroskopische Beobachtungen von Torres und Sozzetti unter Verwendung der von der NASA bereitgestellten Zeit am Keck I-Teleskop mit 10 Metern Durchmesser in Hawaii haben den Fall geklärt.
„Ohne diese Nacharbeit können die photometrischen Untersuchungen nicht sagen, welche ihrer Kandidaten tatsächlich Planeten sind. Der Beweis für den Pudding ist eine Umlaufbahn für den Elternstern, und das haben wir mit der Doppler-Methode erhalten. Deshalb waren die Keck-Beobachtungen dieses Sterns so wichtig, um zu beweisen, dass wir ein echtes Planetensystem gefunden hatten “, sagt Co-Autor David Latham (CfA).
Bemerkenswert normal
Der Planet, TrES-1 genannt, ähnelt Jupiter in Masse und Größe (Durchmesser). Es ist wahrscheinlich ein Gasriese, der hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht, den häufigsten Elementen im Universum. Aber im Gegensatz zu Jupiter umkreist es sehr nahe an seinem Stern und hat eine Temperatur von etwa 1500 Grad Fahrenheit.
Astronomen interessieren sich besonders für TrES-1, weil seine Struktur im Gegensatz zum ersten entdeckten Transitplaneten HD 209458b so gut mit der Theorie übereinstimmt. Die letztere Welt enthält ungefähr die gleiche Masse wie TrES-1, ist jedoch etwa 30% größer. Selbst die Nähe zu seinem Stern und die damit verbundene Hitze erklären eine so große Größe nicht.
"Wenn wir TrES-1 finden und sehen, wie normal es ist, vermuten wir, dass HD 209458b ein" seltsamer "Planet ist", sagt Charbonneau.
TrES-1 umkreist seinen Stern alle 72 Stunden und gehört damit zu einer Gruppe ähnlicher Planeten, die als "heiße Jupiter" bekannt sind. Solche Welten bildeten sich wahrscheinlich viel weiter von ihren Sternen entfernt und wanderten dann nach innen, wobei sie alle anderen Planeten wegfegten. Die vielen Planetensysteme, die heiße Jupiter enthalten, deuten darauf hin, dass unser Sonnensystem für seine relativ ruhige Geschichte ungewöhnlich sein könnte.
Sowohl die enge Umlaufbahn von TrES-1 als auch seine Migrationsgeschichte machen es unwahrscheinlich, dass es Monde oder Ringe besitzt. Trotzdem werden Astronomen dieses System weiterhin genau untersuchen, da präzise photometrische Beobachtungen Monde oder Ringe erkennen können, wenn sie existieren. Darüber hinaus können detaillierte spektroskopische Beobachtungen Hinweise auf das Vorhandensein und die Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten geben.
Das Papier, das diese Ergebnisse beschreibt, wurde verfasst von: Roi Alonso (IAC); Timothy M. Brown (NCAR); Guillermo Torres und David W. Latham (CfA); Alessandro Sozzetti (Universität Pittsburgh / CfA); Georgi Mandushev (Lowell), Juan A. Belmonte (IAC); David Charbonneau (CfA / Caltech); Hans J. Deeg (IAC); Edward W. Dunham (Lowell); Francis T. O'Donovan (Caltech); und Robert Stefanik (CfA).
Diese gemeinsame Ankündigung wird gleichzeitig von CfA, IAC, NCAR, der University of Pittsburgh und dem Lowell Observatory veröffentlicht.
Die W.M. Das Keck Observatory wird von der California Association for Research in Astronomy betrieben, einer wissenschaftlichen Partnerschaft des California Institute of Technology, der University of California und der National Aeronautics and Space Administration.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) mit Hauptsitz in Cambridge, Massachusetts, ist eine gemeinsame Zusammenarbeit zwischen dem Smithsonian Astrophysical Observatory und dem Harvard College Observatory. CfA-Wissenschaftler, die in sechs Forschungsabteilungen unterteilt sind, untersuchen den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Originalquelle: Harvard CfA Pressemitteilung
