Bildnachweis: ESO
Ein europäisches Team von Astronomen [1] kündigt die Entdeckung und Untersuchung von zwei neuen außersolaren Planeten (Exoplaneten) an. Sie gehören zu den OGLE-Transitkandidatenobjekten und können detailliert charakterisiert werden. Dies verdreifacht die Anzahl der Exoplaneten, die durch die Transitmethode entdeckt wurden. Drei solcher Objekte sind jetzt bekannt.
Die Beobachtungen wurden im März 2004 mit dem FLAMES-Mehrfaserspektrographen am 8,2-m-VLT-Kueyen-Teleskop am ESO Paranal Observatory (Chile) durchgeführt. Sie ermöglichten es den Astronomen, genaue Radialgeschwindigkeiten für einundvierzig Sterne zu messen, für die bei der OGLE-Umfrage ein vorübergehender Helligkeitsabfall festgestellt worden war. Dieser Effekt könnte die Signatur des Transits vor dem Stern eines umlaufenden Planeten sein, kann aber auch von einem kleinen Sternbegleiter verursacht werden.
Für zwei der Sterne (OGLE-TR-113 und OGLE-TR-132) zeigten die gemessenen Geschwindigkeitsänderungen das Vorhandensein von Begleitern der Planetenmasse in extrem kurzzeitigen Umlaufbahnen.
Dieses Ergebnis bestätigt die Existenz einer neuen Klasse von Riesenplaneten, die aufgrund ihrer Größe und sehr hohen Oberflächentemperatur als „sehr heiße Jupiter“ bezeichnet werden. Sie sind ihren Wirtssternen sehr nahe und umkreisen sie in weniger als 2 (Erd-) Tagen.
Die Transitmethode zum Nachweis von Exoplaneten wird am 8. Juni 2004, wenn der Planet Venus vor der Sonnenscheibe vorbeifährt, einer breiten Öffentlichkeit „demonstriert“, vgl. das VT-2004-Programm.
Andere Welten entdecken
Während des letzten Jahrzehnts haben Astronomen erfahren, dass unser Sonnensystem nicht einzigartig ist, da mehr als 120 Riesenplaneten, die andere Sterne umkreisen, durch Radialgeschwindigkeitsmessungen entdeckt wurden (vgl. ESO PR 13/00, ESO PR 07/01 und ESO PR 03/03).
Die Radialgeschwindigkeitstechnik ist jedoch nicht das einzige Werkzeug zur Erkennung von Exoplaneten. Wenn ein Planet zufällig vor seinem Mutterstern vorbeizieht (von der Erde aus gesehen), blockiert er einen kleinen Teil des Lichts des Sterns aus unserer Sicht. Je größer der Planet im Verhältnis zum Stern ist, desto größer ist der Anteil des blockierten Lichts.
Es ist genau der gleiche Effekt, wenn Venus am 8. Juni 2004 die Sonnenscheibe durchquert, vgl. ESO PR 03/04 und die Website des VT-2004-Programms. In den letzten Jahrhunderten wurden solche Ereignisse verwendet, um die Entfernung zwischen Sonne und Erde abzuschätzen, mit äußerst nützlichen Auswirkungen auf die Astrophysik und die Himmelsmechanik.
Heutzutage gewinnen Planetentransits wieder an Bedeutung. Mehrere Untersuchungen versuchen, mithilfe von photometrischen Sternmessungen die schwachen Signaturen anderer Welten zu finden, um nach dem periodischen Verdunkeln eines Sterns zu suchen, wenn ein Planet vor seiner Scheibe vorbeizieht.
Eine davon, die OGLE-Umfrage, wurde ursprünglich entwickelt, um Mikrolinsenereignisse zu erfassen, indem die Helligkeit einer sehr großen Anzahl von Sternen in regelmäßigen Abständen überwacht wird. In den letzten vier Jahren wurde auch nach periodischen flachen „Einbrüchen“ der Helligkeit von Sternen gesucht, die durch den regelmäßigen Transit kleiner umlaufender Objekte (kleine Sterne, braune Zwerge oder Planeten in Jupiter-Größe) verursacht wurden. Das OGLE-Team hat seitdem 137 "Planetentransitkandidaten" aus seiner Untersuchung von etwa 155.000 Sternen in zwei südlichen Himmelsfeldern angekündigt, eines in Richtung des Galaktischen Zentrums, das andere innerhalb der Carina-Konstellation.
Auflösen der Art der OGLE-Transite
Die OGLE-Transitkandidaten wurden durch das Vorhandensein einer periodischen Abnahme der Helligkeit der beobachteten Sterne um einige Prozent nachgewiesen. Der Radius eines Planeten von Jupiter-Größe ist ungefähr zehnmal kleiner als der eines Sterns vom Solartyp [2], dh er bedeckt ungefähr 1/100 der Oberfläche dieses Sterns und blockiert daher ungefähr 1% des Sternlichts während der Transit.
Das Vorhandensein eines Transitereignisses allein offenbart jedoch nicht die Natur des Transitkörpers. Dies liegt daran, dass ein massearmer Stern oder ein Brauner Zwerg sowie die variable Helligkeit eines Hintergrundsystems, das das Binärsystem in derselben Richtung verdunkelt, zu Helligkeitsschwankungen führen können, die die von einem umlaufenden Riesenplaneten erzeugten simulieren.
Die Art des durchlaufenden Objekts kann jedoch durch Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen des Elternsterns festgestellt werden. Die Größe der Geschwindigkeitsschwankungen (die Amplitude) steht in direktem Zusammenhang mit der Masse des Begleitobjekts und ermöglicht daher die Unterscheidung zwischen Sternen und Planeten als Ursache für den beobachteten Helligkeitsabfall.
Auf diese Weise werden photometrische Transitsuchen und Radialgeschwindigkeitsmessungen zu einer sehr leistungsfähigen Technik zur Erkennung neuer Exoplaneten. Darüber hinaus ist es besonders nützlich, um ihre Eigenschaften aufzuklären. Während die Erfassung eines Planeten durch die Radialgeschwindigkeitsmethode nur eine geringere Schätzung seiner Masse ergibt, ermöglicht die Messung des Transits die Bestimmung der genauen Masse, des Radius und der Dichte des Planeten.
Die nachfolgenden Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen der 137 OGLE-Transitkandidaten sind keine leichte Aufgabe, da die Sterne vergleichsweise schwach sind (visuelle Größen um 16). Dies kann nur mit einem Teleskop der Klasse 8-10 m mit einem hochauflösenden Spektrographen erfolgen.
Die Natur der beiden neuen Exoplaneten
Ein europäisches Team von Astronomen [1] nutzte daher das 8,2-m-VLT-Kueyen-Teleskop. Im März 2004 folgten sie 41 OGLE-Top-Transit-Kandidatenstars während 8 halber Nächte. Sie profitierten von der Multiplexkapazität der FLAMES / UVES-Faserverbindungsanlage, die es ermöglicht, hochauflösende Spektren von 8 Objekten gleichzeitig zu erhalten und Sterngeschwindigkeiten mit einer Genauigkeit von etwa 50 m / s zu messen.
Während sich die überwiegende Mehrheit der OGLE-Transitkandidaten als Doppelsterne herausstellte (meist kleine, kühle Sterne, die vor solartypischen Sternen wandern), waren es zwei der Objekte, die als OGLE-TR-113 und OGLE-TR-132 bekannt sind gefunden, um kleine Geschwindigkeitsschwankungen aufzuweisen. Wenn alle verfügbaren Beobachtungen - Lichtvariationen, Sternspektrum und Radialgeschwindigkeitsänderungen - kombiniert wurden, konnten die Astronomen feststellen, dass für diese beiden Sterne die Transitobjekte Massen aufweisen, die mit denen eines riesigen Planeten wie Jupiter kompatibel sind.
Interessanterweise wurden beide neuen Planeten um ziemlich entfernte Sterne in der Milchstraße in Richtung des südlichen Sternbilds Carina entdeckt. Bei OGLE-TR-113 ist der Mutterstern vom Typ F (etwas heißer und massereicher als die Sonne) und befindet sich in einer Entfernung von etwa 6000 Lichtjahren. Der umlaufende Planet ist etwa 35% schwerer und sein Durchmesser ist 10% größer als der von Jupiter, dem größten Planeten im Sonnensystem. Es umkreist den Stern einmal alle 1,43 Tage in einer Entfernung von nur 3,4 Millionen km (0,0228 AU). Im Sonnensystem ist Merkur 17 Mal weiter von der Sonne entfernt. Die Oberflächentemperatur dieses Planeten, der wie Jupiter ein gasförmiger Riese ist, ist entsprechend höher, wahrscheinlich über 1800 ° C.
Die Entfernung zum OGLE-TR-132-System beträgt ca. 1200 Lichtjahre. Dieser Planet ist ungefähr so schwer wie Jupiter und ungefähr 15% größer (seine Größe ist noch etwas ungewiss). Es umkreist alle 1,69 Tage einen K-Zwergstern (kühler und weniger massereich als die Sonne) in einer Entfernung von 4,6 Millionen km (0,0306 AU). Auch dieser Planet muss sehr heiß sein.
Eine neue Klasse von Exoplaneten
Mit dem zuvor gefundenen planetarischen Transitobjekt OGLE-TR-56 [3] definieren die beiden neuen OGLE-Objekte eine neue Klasse von Exoplaneten, die von aktuellen Radialgeschwindigkeitsmessungen noch nicht erfasst werden: Planeten mit extrem kurzen Perioden und entsprechend kleinen Umlaufbahnen. Die Verteilung der Umlaufzeiten für „heiße Jupiter“, die aus Radialgeschwindigkeitsmessungen ermittelt wurden, scheint unter 3 Tage zu fallen, und es wurde bisher kein Planet mit einer Umlaufzeit von weniger als etwa 2,5 Tagen gefunden.
Die Existenz der drei OGLE-Planeten zeigt nun, dass es „sehr heiße Jupiter“ gibt, auch wenn sie recht selten sind. wahrscheinlich ungefähr ein solches Objekt pro 2500 bis 7000 Sterne. Astronomen sind wirklich verwirrt darüber, wie es Planetenobjekten gelingt, in so kleinen Umlaufbahnen in der Nähe ihrer Zentralsterne zu landen.
Im Gegensatz zur Radialgeschwindigkeitsmethode, die für die große Mehrheit der Planetendetektionen um normale Sterne verantwortlich ist, ermöglicht die Kombination von Transit- und Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen die Bestimmung der wahren Masse, des Radius und damit der mittleren Dichte dieser Planeten.
Große Erwartungen
Die beiden neuen Objekte verdoppeln die Anzahl der Exoplaneten mit bekannter Masse und bekanntem Radius (die drei OGLE-Objekte plus HD209458b, die durch die Radialgeschwindigkeitsuntersuchungen erfasst wurden, für die jedoch später ein photometrischer Transit beobachtet wurde). Die neuen Informationen über die genauen Massen und Radien sind für das Verständnis der inneren Physik dieser Planeten von wesentlicher Bedeutung.
Die Komplementarität der Transit- und Radialgeschwindigkeitstechniken öffnet nun die Tür zu einer detaillierten Untersuchung der wahren Eigenschaften von Exoplaneten. Die weltraumgestützte Suche nach Planetentransits - wie die COROT- und KEPLER-Missionen - sowie bodengestützte Beobachtungen der Radialgeschwindigkeitsnachverfolgung werden in Zukunft zur Charakterisierung anderer Welten führen, die so klein sind wie unsere Erde.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
