Seltsame neue Welten
Stellen Sie sich vor, ein Stern könnte Ihnen sagen, dass er Planeten hat. Das wäre wirklich hilfreich, denn es ist schwierig, Planeten zu finden, die weit entfernte Sterne umkreisen – Exoplaneten. Wir fanden Neptun, den am weitesten entfernten Planeten unseres eigenen Sonnensystems im Jahr 1846. Aber wir hatten keine direkten Beweise für einen Planeten um einen ANDEREN Stern bis…. 1995. …149 Jahre später. Denk darüber nach. Jede Science-Fiction, die Sie gesehen oder gelesen haben und die vor 1995 geschrieben wurde und Reisen zu Exoplaneten darstellte, ging davon aus, dass andere Planeten überhaupt existierten.Star Trek: Die nächste Generationseine letzte Staffel im Jahr 1994 ausgestrahlt. Wir wussten nicht einmal, ob Vulcan da draußen war. (Jetzt tun wir es!… irgendwie)
Jupiter (rechter heller Punkt) und Saturn (linker heller Punkt), die hier gegen die Milchstraße zu sehen sind, waren die am weitesten entfernten Planeten, die wir sehen konnten, bevor wir Teleskope erfanden – C. Matthew Cimone
Seit 1995, mit dem Aufkommen von Teleskopen zur Planetenjagd wie Kepler und TESS , haben wir TAUSENDE von Planeten gefunden, die andere Sterne umkreisen. Diese Missionen finden Exoplaneten buchstäblich, indem sie nach ihren Schatten suchen. Manchmal kreuzt die Umlaufbahn eines Exoplaneten unsere Sicht auf einen entfernten Stern und blockiert einen Teil des Lichts des Sterns. Dieser „Transit“ des Planeten erzeugt einen Schatten im beobachteten Licht des Sterns, mit dem wir dann die Größe des Planeten bestimmen können, sei es ein Gesteinsplanet wie die Erde oder ein Gasriese wie der Jupiter, und die Länge des Planeten Jahr um seinen Mutterstern.
Transit der Venus durch unsere eigene Sonne, aufgenommen in verschiedenen Phasen des Transits. Planetenjagdteleskope suchen nach diesen Ereignissen, um Exoplaneten zu entdecken, die andere Sterne umkreisen. c NASA
Aber Planeten sind im Vergleich zu ihren Wirtssternen sehr klein. Die Lichtmenge, die sie blockieren, ist ein Bruchteil des Gesamtlichts des Sterns, daher muss unsere Ausrüstung sehr empfindlich sein. Und wenn die Planeten nicht so kreisen, dass sie unseren Blick auf den Stern kreuzen, beispielsweise wenn wir das ferne Sonnensystem von oben nach unten betrachten, können wir ihre Anwesenheit möglicherweise schwerer erkennen. Wissenschaftler suchen daher nach alternativen Methoden zur Entdeckung von Planeten, und einer könnte darin bestehen, die Muttersterne selbst zu untersuchen. Sterne sind groß und hell und leicht zu erkennen. Wenn Sterne, die ein Sonnensystem hervorbringen, irgendwie einzigartig sind für Sterne, die dies nicht tun, könnten wir eine mächtige neue Art der Planetenjagd haben. Insbesondere achten Astronomen genau auf die chemische Zusammensetzung eines Sterns – das richtige Sternzeug.
Bau eines Sonnensystems
Planeten und Sterne teilen das gleiche Zeug. Unser Sonnensystem entstand aus einer riesigen rotierenden Staub- und Gaswolke, die als protoplanetare Scheibe bezeichnet wird. 99,8 % des Zeugs war im Zentrum konzentriert, das durch die Schwerkraft zusammengezogen wurde, um die Sonne zu bilden.
Ein aktuelles Foto einer protoplanetaren Scheibe des jungen Sterns HL Tauri, etwa 450 Lichtjahre entfernt, aufgenommen mit dem ALMA-Teleskop C. ESO/ALMA
Die restlichen 0,2% von allem, was nicht in der Sonne selbst landete, glätten sich, um die Scheibe zu bilden – stellen Sie sich vor, wie sich eine Teigkugel zu einer flachen Form zusammenzieht Pizza, wie sie gesponnen wird. Diese Abflachung ist der Grund, warum alle Planeten die Sonne entlang einer ähnlichen Ebene umkreisen, die als bezeichnet wird Ebene der Ekliptik . Innerhalb der sich drehenden Scheibe beginnt Material zu akkretieren und bildet Planetesimale, die die Saat zukünftiger Planeten werden. Aber was ist das für ein Zeug? Es ist wichtig! Daraus sind die Planeten und du und ich gemacht. Astronomen bezeichnen es als „Metalle“. In der Astronomie werden als „Metalle“ alle Elemente des Periodensystems über der Ordnungszahl 2 angesehen – also alles, was schwerer als Wasserstoff und Helium ist, wie das Kalzium in Ihren Knochen oder das Eisen in Ihrem Blut. Tatsächlich gab es bei der Geburt des Universums NUR Wasserstoff, Helium und kleine Mengen Lithium. Keines der anderen Elemente war vorhanden. Diese Elemente werden selbst von den Sternen geschaffen, tief in ihrem Inneren, wenn sie Wasserstoffbrennstoff durch Kernfusion in immer schwerere Elemente umwandeln – die Metalle. Sobald diese Sterne am Ende ihres Lebens als Supernova explodieren, verschütten sie ihre Eingeweide in die interstellare Leere und säen sie mit dem Zeug, das andere Sterne und PLANETEN macht. Wahrscheinlich hatte die erste Generation von Sternen im frühen Universum überhaupt keine Planeten. Es gab noch nicht das Rohmaterial, um sie zu bauen. Wir nennen die Bevölkerung III Sterne.
Die nächste Generation von Sternen, Population II, bildete sich als erste in einem Universum, das mit schwereren Elementen angereichert war. Wir sind uns nicht ganz sicher, ob diese Gruppe von Sternen mit genügend Metallen gebildet wurde, um Planeten zu bilden. Wir wollen genau bestimmen, wann genau die ersten Planeten im Universum entstanden sind, um abzuschätzen, wie frühes Leben existiert haben könnte. Aber wenn sich Planeten um Sterne der Population II gebildet haben, waren sie es wahrscheinlich ziemlich klein und kreiste sehr eng um ihre Elternsterne – viel näher als Merkur in unserem eigenen Sonnensystem. Wahrscheinlich nicht ideal für das Leben bei einer heißen Oberflächentemperatur von 1600K. Selbst wenn sich um diese Sterne Leben gebildet hat, ist es wahrscheinlich inzwischen ausgestorben, da diese Sterne ein kürzeres Leben als unsere Sonne hatten und bereits ausgebrannt sind. (Es sei denn natürlich, das Leben hat sein Sonnensystem verlassen, um das Universum zu erforschen und existiert immer noch irgendwo als uralte Weltraum-Zivilisation von einem lange toten Stern … das kann man sich vorstellen.)
Was uns zu Population I bringt, der Gruppe von Sternen, zu der unsere Sonne gehört. Unsere Sonne entstand in einem Universum, in dem bereits Milliarden von Jahren an Sternengeburten und -sterben stattgefunden hatten. Das Universum war mit mehr Metallen befruchtet worden. Die Metalle in einer protoplanetaren Scheibe bilden nicht nur den Rohstoff für die Planetenentstehung, sondern auch schütze die Festplatte selbst davon, von der Strahlung des Muttersterns weggeblasen zu werden. Mehr Metalle bedeuten mehr Zeit, die den Planeten zur Verfügung steht, bevor die Energie des Sterns schließlich das verbleibende Material verdampft, das noch keine Planeten gebildet hat
Kometen wie NEOWISE, die kürzlich unseren Himmel besuchten, sind buchstäblich nur einige der Überbleibsel der protoplanetaren Scheibe, die das Sonnensystem c gebildet hat. Matthew Cimone
„Wo suchen“
Wenn wir verstehen, wie Planeten entstehen, erhalten wir einen ersten Hinweis darauf, wo wir nach ihnen suchen müssen – Sterne mit Metallen. Denken Sie daran, dass der Wirtsstern und ihre Planeten aus derselben Stoffwolke entstehen, sodass einige dieser Metalle in den Stern eingemischt sind. Durch das Betrachten des Lichts eines Sterns mit Spektroskopie , können wir erkennen, wie stark er mit Metallen angereichert ist – der „Metallizität“ des Sterns. Wenn wir diese metallreichen Sterne studieren, kennen wir terrestrische Gesteinsplaneten wie die Erde sind 1,72 mal wahrscheinlicher um sie herum zu bilden. Sogar Gasriesen sind eher bilden um metallreiche Sterne. Obwohl sie eher aus Gasen als aus Metallen bestehen, bilden sich Gasriesen wie Jupiter theoretisch um einen anfänglichen felsigen Keim oder aus den Unterbrechungen der Wasserstoffgasströmungen, die die Scheibe umkreisen, die durch die Einführung von Metallen verursacht werden.
Der Transiting Exoplanet Survey Satellite der NASA wird für den Start vorbereitet C NASA
Aber während die Chemie eines Stars uns sagen kann,Wahrscheinlichkeitdass es Planeten gibt – kann uns die Chemie sagen, dass es Exoplaneten gibt!? Gibt es einen wichtigen chemischen Fingerabdruck für einen Stern, der uns mit einer dröhnenden Sternenstimme sagt: „Ja, tatsächlich, ich beherberge Planeten! Siehe, meine Kinder!“
Die bisherige Recherche SAAAYYYYYSS……nein. Ich kenne. Irgendwie antiklimaktisch.
ABER es gibt noch Hoffnung. Letzte Woche wurden die monatlichen Mitteilungen der Royal Astronomical Society veröffentlicht eine Studie vom National Center of Competence in Research PlanetS. NFS PlanetS erforschte 84 Sterne, die von der . beobachtet wurden 10M Keck-Teleskop in Hawaii. Das Forscherteam versuchte zu bestimmen, ob die Planetenentstehung einen einzigartigen chemischen Hinweis auf einem Stern hinterlässt – ein Leuchtfeuer für uns, um zu wissen, dass der Stern tatsächlich Planeten hervorgebracht hat – aber ein einzigartiger Indikator konnte nicht gefunden werden. Beim Vergleich von 16 Sternen mit Planeten und 68 ohne Planeten stellte das Team fest, dass Planeten chemisch vielfältige Sterne umkreisen. Aber die Erkenntnisse sind immer noch nützlich. Das Team gab eine Warnung heraus, dass angesichts des Überwiegens von Planetenentdeckungen die meisten Sterne in der Studie „wahrscheinlich Planeten haben“ (Seite 8/3698 der Studie), die einfach noch nicht gefunden wurden. Daher ist die Studie möglicherweise nicht ganz genau. Diese Forschung könnte jedoch zukünftige Entdeckungen darüber liefern, welche Art von Planeten in Bezug auf Größe oder Zusammensetzung um einen Stern mit einer bestimmten chemischen Signatur herum entstehen, insbesondere wenn/wenn Planeten um mehr Sterne herum entdeckt werden, die in der Studie verwendet werden. Obwohl wir aufgrund der Chemie eines Sterns möglicherweise nicht wissen können, ob Planeten existieren, können wir in Zukunft möglicherweise genauer ableiten, welche Arten von Exoplaneten einen Stern mit einer bestimmten Metallizität umkreisen. Wir wissen zum Beispiel, dass metallreiche Sterne im Durchschnitt mehr Planeten hervorbringen – vielleicht ergeben die Arten und Mengen jedes Metalls eine bestimmte Anordnung des Sonnensystems oder die Mengen von terrestrischen vs. Gasriesen oder ob die Planeten bewohnbar. Weitere Forschung ist erforderlich.
In der Zwischenzeit suchen wir mit Transiten weiter nach Planeten. TESS hat seine Hauptaufgabe erfüllt , die 75 % des Himmels in einer zweijährigen Untersuchung abbildete, gerade am vergangenen 20. AugustNS. Wir wissen noch nicht, welche Entdeckungen in den Daten zu finden sein werden, einschließlich vielleicht neuer Möglichkeiten, die Beziehungen zwischen einem Wirtsstern und seinen Planeten zu verstehen. Was auch immer wir finden, wird sicherlich sowohl zukünftige Planetenjagdmissionen beeinflussen als auch die fiktiven Geschichten inspirieren, die mutig in die seltsamen neuen Welten gehen, die unsere Forschung entdeckt hat. Anheuern!
Weiterlesen:
NFS PlanetS-Bericht http://nccr-planets.ch/blog/2020/08/17/stars-with-planets-show-no-special-fingerprint
„Enthüllung einer universellen Planet-Metallizitäts-Korrelation für Planeten unterschiedlicher Größe um einen Stern vom Sonnentyp (Astronomical Journal) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-6256/149/1/14
„Die ersten Planeten: Die kritische Metallizität für die Planetenentstehung“ – Johnson und Li (2012) https://arxiv.org/abs/1203.4817
„Wenn stellare Metallizität die Planetenentstehung auslöst“ – Astrobiologie-Magazin
„Machen metallreiche Sterne metallreiche Planeten?“ Neue Einblicke in die Entstehung von Riesenplaneten aus Wirtsstern-Abundanzen – Johanna K. Teske, Daniel Thorngren, Jonathan J. Fortney, Natalie Hinkel, John M. Brewer 2019 https://arxiv.org/abs/1912.00255
