Wenn ein Sonnensystem eine Familie ist, verlassen einige Planeten ihr Zuhause vorzeitig. Ob sie wollen oder nicht. Sobald sie die gravitative Umarmung ihrer Familie verlassen haben, sind sie so ziemlich dazu bestimmt, für immer durch den interstellaren Raum zu treiben, ungebunden an einen Stern.
Astronomen nennen diese Drifter gerne „Schurkenplaneten“, und sie werden immer besser darin, sie zu finden. Ein Team von Astronomen hat einen dieser treibenden Schurken gefunden, der ungefähr die gleiche Masse wie der Mars oder die Erde hat.
Etwas im Weltraum zu finden, das kein eigenes Licht ausstrahlt, ist eine extreme Herausforderung. Aber genau das tun zwei Organisationen. Sie sind die BEÄUGELN (Optical Gravitational Lensing Experiment) Zusammenarbeit und die KMTN (Korean Microlensing Telescope Network) Zusammenarbeit.
Nun hat ein Team von Wissenschaftlern beider Gruppen die Entdeckung eines massearmen Schurkenplaneten bekannt gegeben. Es gibt keine Sterne in seiner Nähe und seine Entfernung von der Erde ist unbestätigt. Das Team sagt, dass es beweist, dass die Mikrolinsen-Technik effektiv ist, um erdmassereiche Planeten zu finden, die frei im Weltraum schweben.
Künstlerische Illustration eines Schurkenplaneten, dunkel und mysteriös. Bildquelle: NASA
Das Papier, das diese Entdeckung präsentiert, trägt den Titel „ Ein Kandidat für einen terrestrischen Schurkenplaneten, der im kürzesten Zeitskala-Mikrolinsen-Ereignis entdeckt wurde .“ Es gibt 30 Autoren, die an dieser Arbeit mitgewirkt haben, und der Hauptautor ist Przemek Mróz, ein Postdoktorand in Astronomie am Caltech. Das Papier ist auf der Prepress-Site arxiv.org verfügbar.
Astronomen gehen davon aus, dass in den frühen Tagen eines Sonnensystems einige Planeten mit geringer Masse aus dem Gravitationsgriff des Sterns geschleudert werden. In der Anfangszeit kann es chaotisch sein, und Gravitationsinteraktionen zwischen dem Stern und allen Planeten können manchmal kleine Planeten in den Weltraum schicken, um sich selbst zu verteidigen. „Laut Planetenentstehungstheorien, wie der Kernakkretionstheorie, sollten typische Massen ausgestoßener Planeten zwischen 0,3 und 1,0 Erdmassen liegen“, schreiben die Autoren.
Um diese winzigen Körper in der weiten Dunkelheit des Weltraums zu finden, ist ein innovativer Ansatz erforderlich: Gravitationslinsen.
Gravitationslinsen erfordert zwei Dinge: Eine entfernte Lichtquelle, normalerweise ein Stern, und ein näheres Objekt mit genügend Masse, um als Linse zu wirken und das Licht der Lichtquelle zu biegen. In diesem Fall fungiert der Planet mit geringer Masse als Linse. Und je nachdem, wie stark das Licht des fernen Sterns durch das Vordergrundobjekt beeinflusst wird, können Astronomen einiges lernen.
Diese Animation zeigt, wie Gravitationsmikrolinsen Inselwelten enthüllen können. Wenn ein unsichtbarer Schurkenplanet von unserem Aussichtspunkt aus vor einem weiter entfernten Stern vorbeizieht, biegt sich das Licht des Sterns, während es durch die verzerrte Raumzeit um den Planeten hindurchgeht. Der Planet fungiert als kosmisches Vergrößerungsglas, das die Helligkeit des Hintergrundsterns verstärkt. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center/CI Lab der NASA
Ein relativ kleines Objekt wie ein Planet mit geringer Masse beugt nicht viel Licht und auch nicht zu lange. In ihrem Papier sagen die Autoren: 'Microlensing-Ereignisse aufgrund von terrestrischen Rogue-Planeten werden erwartet, dass sie extrem kleine Winkel haben' Einstein-Radien (.1 µas) und extrem kurze Zeiträume (0,1 Tage).“ Laut den Autoren ist dies die „extremste bisher entdeckte Kurzzeit-Mikrolinse“.
In den letzten Jahrzehnten ist das Wissen über Exoplaneten explodiert. Wir kennen jetzt Tausende von ihnen und wir gehen davon aus, dass fast jeder Stern Planeten beherbergt. All dieses Wissen hat zu aktualisierten Theorien und Modellen der Planeten- und Sonnensystembildung geführt. Und diese Modelle zeigen, dass es viele abtrünnige Planeten geben sollte, die aus ihren Systemen ausgestoßen wurden.
Theoretische Arbeiten zeigen, dass es sein könnte Milliarden oder sogar Billionen , frei schwebender Planeten in der Milchstraße. In ihrer Arbeit listen die Autoren auf, wie diese Planeten verwaist werden können: Planet-Planet-Streuung ; dynamische Wechselwirkungen zwischen Riesenplaneten, die zu einer Unterbrechung der Umlaufbahn kleinerer, innerer Planeten führen; Wechselwirkungen zwischen den Sternen in binären oder trinären Systemen und Sternhaufen; stellare Vorbeiflüge; und die Entwicklung des Wirtssterns nach der Hauptfolge .
Künstlerische Darstellung eines erdgroßen Schurkenplaneten, der sich einem Stern nähert. Bildnachweis: Christine Pulliam (CfA)
Mikrolinsen bieten eine Methode, um diese kleinen Schurkenplaneten zu finden. Aber es ist schwierig. Es ist nicht so, dass sie so schwach sind, das ist das Problem. Es ist so, dass die Mikrolinsen-Ereignisse für so kleine Körper aufgrund ihrer Größe auf einer sehr kurzen Zeitskala stattfinden. Der neu entdeckte Planet mit dem Namen 'OGLE-2016-BLG-1928' wurde in einem Mikrolinsen-Ereignis entdeckt, das nur 41,5 Minuten dauerte. Das ist nicht viel Zeit, um detaillierte Daten zu sammeln.
Nur vier andere kleine Schurkenplaneten wie dieser wurden zuvor gefunden, jeder in einem kurzen Mikrolinsen-Ereignis. Zusammengenommen liefern diese Ereignisse „starke Beweise für eine Population von Schurkenplaneten in der Milchstraße“, schreiben die Autoren.
Die Forscher hatten eine Reihe von Schwierigkeiten, dieses Ereignis nicht nur zu entdecken, sondern auch festzustellen, dass es sich tatsächlich um einen Planeten handelte.
„Wie bei anderen kurzzeitigen Mikrolinsenereignissen können wir die Anwesenheit eines entfernten stellaren Begleiters nicht ausschließen“, schreiben sie. Sie konnten alle stellaren Begleiter bis auf eine Entfernung von nur 8 AE ausschließen. Aber viele Planeten umkreisen ihre Sterne in viel größeren Abständen.
Dieser Planet wurde auch „… am Rande der gegenwärtigen Grenzen der Erkennung von Mikrolinsen-Ereignissen auf kurze Zeitskala“ gefunden, heißt es in dem Papier. Die Autoren sagen, dies weise darauf hin, wie schwierig die Suche nach diesen Ereignissen sei. Das Ereignis wurde auch mit relativ wenigen Datenpunkten erkannt: nur 15. (11 von OGLE und 4 von KMTN.)
Die geringe Anzahl von Datenpunkten bei der Detektion bedeutet, dass der „abfallende Teil der Lichtkurve nicht vollständig mit Beobachtungen bedeckt ist“. Dieser Datenmangel bedeutet, dass es eine gewisse Unsicherheit über die Natur des Mikrolinsen-Ereignisses und eine gewisse Unsicherheit darüber gibt, ob es sich tatsächlich um einen Planeten handelt. Ein Teil dieser Unsicherheit rührt vom Hintergrundstern selbst her.
Diese Abbildung aus der Studie zeigt den Stern, der beim Mikrolinsen-Ereignis als Lichtquelle fungierte. Rote Punkte markieren rote Riesensterne im galaktischen Bulge und blaue Punkte repräsentieren Hauptreihensterne in der galaktischen Scheibe. Gaia-Daten weisen darauf hin, dass der Quellstern ein roter Riese im galaktischen Bulge ist. Bildquelle: Mroz et al., 2020.
„Der Quellstern befindet sich im Roten Riesen-Zweig im Farb-Helligkeits-Diagramm, und einige Riesen sind dafür bekannt, dass sie Sterneruptionen produzieren“, schreiben die Autoren. Könnten sie stellare Flares als Ursache des Ereignisses schlüssig ausschließen, anstatt einen Schurkenplaneten?
„Die Eigenschaften des Ereignisses (seine Dauer, Amplitude und
Lichtkurvenform) stimmen nicht mit denen von Flackersternen überein.“ sie schließen.
Aber trotz der Unsicherheiten ist diese Entdeckung immer noch wichtig. „Daher ist das Objektiv einer der besten Kandidaten für einen bisher entdeckten Schurkenplaneten mit terrestrischer Masse“, schreiben sie. Obwohl ihre Massenmessung für das Objekt etwas ambivalent ist, sind die anderen Eigenschaften des Ereignisses „… im Einklang damit, dass die Linse ein Objekt unter der Erdmasse ohne stellaren Begleiter bis zu einer projizierten Entfernung von etwa 8 AE vom Planeten ist.“
Schurkenplaneten haben fast kein Potenzial, Leben zu beherbergen, daher werden sie möglicherweise nie so intensiv untersucht, wie Exoplaneten es geworden sind. Aber sie sind immer noch faszinierend und wie alles andere enthalten sie Hinweise darauf, wie die Natur funktioniert.
In Zukunft wird die Römisches Weltraumteleskop Nancy Grace wird bei der Suche nach Schurkenplaneten helfen. Es hat viel für seine Mission auf dem Teller, darunter einige große Themen wie dunkle Energie und einige mit Spannung erwartete Aufgaben wie die Abbildung von Exoplaneten und die Gewinnung von Spektren ihrer Atmosphären.
Aber ein Teil seiner Aufgabe besteht auch darin, finde frei schwebende Schurkenplaneten so klein wie der Mars. Das ultrastarke Weltraumteleskop wird eine große Mikrolinsen-Durchmusterung durchführen, um mehr dieser Planeten zu finden. Seine Ergebnisse werden uns helfen, besser zu verstehen, wie unser eigenes Sonnensystem im Vergleich zu anderen abschneidet.
„Als sich unser Blick auf das Universum erweitert hat, haben wir erkannt, dass unser Sonnensystem ungewöhnlich sein könnte“, sagte Samson Johnson, ein Doktorand an der Ohio State University in Columbus, in a Pressemitteilung . „Roman wird uns helfen, mehr darüber zu erfahren, wie wir in das kosmische Schema der Dinge passen, indem wir Schurkenplaneten studieren.“
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