Die Erforschung von Exoplaneten hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, vor allem dank der Kepler Mission. Aber diese Mission hat ihre Grenzen. Für Kepler und andere Technologien ist es schwierig, Regionen in der Nähe ihrer Sterne abzubilden. Jetzt ermöglicht ein neues Instrument namens Vortex-Coronagraph, das am Keck-Observatorium auf Hawaii installiert wurde, Astronomen, protoplanetare Scheiben zu betrachten, die sich in unmittelbarer Nähe der Sterne befinden, die sie umkreisen.
Das Problem bei der Betrachtung von Staubscheiben und sogar Planeten in der Nähe ihrer Sterne besteht darin, dass Sterne so viel heller sind als Objekte, die sie umkreisen. Sterne können milliardenfach heller sein als die Planeten in ihrer Nähe, was es fast unmöglich macht, sie im grellen Licht zu sehen. „Die Kraft des Wirbels liegt in seiner Fähigkeit, Planeten sehr nahe an ihrem Stern abzubilden, etwas, das wir für erdähnliche Planeten noch nicht tun können“, sagte Gene Serabyn vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. „Der Wirbelkoronagraph könnte der Schlüssel sein, um die ersten Bilder eines blassblauen Punktes wie unserem eigenen zu machen.“
„Die Kraft des Wirbels liegt in seiner Fähigkeit, Planeten sehr nahe an ihrem Stern abzubilden, etwas, das wir für erdähnliche Planeten noch nicht tun können.“ – Gene Serabyn, JPL.
„Der Vortex-Coronagraph ermöglicht es uns, in die Regionen um Sterne zu blicken, in denen sich angeblich Riesenplaneten wie Jupiter und Saturn bilden“, sagte Dmitri Mawet, Forscher am Jet Propulsion Laboratory der NASA und am Caltech, beide in Pasadena. „Bisher konnten wir uns nur Gasriesen vorstellen, die viel weiter draußen geboren wurden. Mit dem Wirbel werden wir Planeten so nah um ihre Sterne kreisen sehen wie Jupiter um unsere Sonne, oder etwa zwei- bis dreimal näher als vorher möglich war.“
Anstatt das Licht von Sternen zu maskieren, wie es bei anderen Methoden zur Beobachtung von Exoplaneten der Fall ist, leitet der Wirbelkoronagraph das Licht von den Detektoren weg, indem er Lichtwellen kombiniert und auslöscht. Da es keine verdeckende Maske gibt, kann der Vortex-Koronagraph Bilder von Regionen aufnehmen, die viel näher an Sternen liegen als andere Koronagraphen. Dmitri Mawet, Forscher, der den neuen Koronographen erfunden hat, vergleicht ihn mit dem Auge eines Sturms.
Die links abgebildete Wirbelmaske besteht aus synthetischem Diamant. Bei Betrachtung mit einem Rasterelektronenmikroskop rechts zeigt sich die „Wirbel“-Mikrostruktur der Maske. Bildnachweis: Universität Lüttich/Universität Uppsala
„Das Instrument wird als Wirbelkoronagraph bezeichnet, weil das Sternenlicht auf eine optische Singularität zentriert ist, die ein dunkles Loch an der Stelle des Bildes des Sterns erzeugt“, sagte Mawet. „Hurrikane haben in ihren Zentren, wo die Windgeschwindigkeiten auf null sinken, eine Singularität – das Auge des Sturms. Unser Wirbelkoronagraph ist im Grunde das Auge eines optischen Sturms, wohin wir das Sternenlicht schicken.“
Die Ergebnisse des Wirbelkoronagraphen werden in zwei Aufsätzen ( Hier und Hier ) veröffentlicht im Januar 2017 Astronomical Journal. Eine der Studien wurde von Gene Serabyn vom JPL geleitet, der auch das Keck-Vortex-Projekt leitet. Diese Studie präsentierte das erste direkte Bild von HIP79124 B, einem Braunen Zwerg, der 23 AE von seinem Stern entfernt ist, in der Sternentstehungsregion namens Scorpius-Centaurus.
Der Wirbelkoronagraph hat dieses Bild des Braunen Zwergs PIA21417 aufgenommen. Bild: NASA/JPL-Caltech
„Die Fähigkeit, Sterne sehr nahe zu sehen, ermöglicht es uns auch, nach Planeten in der Nähe von weiter entfernten Sternen zu suchen, wo die Planeten und Sterne näher beieinander erscheinen würden. Die Fähigkeit, entfernte Sterne nach Planeten zu durchsuchen, ist wichtig, um Planeten zu erfassen, die sich noch bilden“, sagte Serabyn.
„Die Fähigkeit, entfernte Sterne nach Planeten zu durchsuchen, ist wichtig, um Planeten zu erfassen, die sich noch im Aufbau befinden.“ – Gene Serabyn, JPL.
Die zweite der beiden Wirbelstudien präsentierte Bilder einer protoplanetaren Scheibe um den jungen Stern HD141569A. Dieser Stern hat tatsächlich drei Scheiben um sich herum, und der Koronagraph konnte ein Bild des innersten Rings aufnehmen. Kombinieren der Wirbeldaten mit Daten aus dem Spitzer , WEISE , und Herschel Missionen zeigten, dass das planetenbildende Material in der Scheibe aus kieselgroßen Olivinkörnern besteht. Olivin ist eines der am häufigsten vorkommenden Silikate im Erdmantel.
„Die drei Ringe um diesen jungen Stern sind wie russische Puppen verschachtelt und unterliegen dramatischen Veränderungen, die an die Entstehung von Planeten erinnern“, sagte Mawet. „Wir haben gezeigt, dass sich Silikatkörner zu Kieselsteinen agglomeriert haben, die die Bausteine der Planetenembryonen sind.“
Diese Bilder und Studien sind nur der Anfang für den Vortex-Coronagraph. Es wird verwendet, um viele weitere junge Planetensysteme zu untersuchen. Insbesondere werden Planeten in der Nähe sogenannter „Frostlinien“ in anderen Sonnensystemen untersucht. Dies ist die Region um Sternensysteme, in der es kalt genug ist, damit Moleküle wie Wasser, Methan und Kohlendioxid zu festen, eisigen Körnern kondensieren. Die aktuelle Meinung besagt, dass die Frostgrenze die Trennlinie zwischen der Bildung von Gesteinsplaneten und Gasplaneten ist. Astronomen hoffen, dass der Coronagraph Fragen zu beantworten kann heiße Jupiter und heiße Neptune.
Heiße Jupiter und Neptune sind große Gasplaneten, die sich in unmittelbarer Nähe ihrer Sterne befinden. Astronomen wollen wissen, ob sich diese Planeten nahe der Frostgrenze gebildet haben und dann nach innen zu ihren Sternen gewandert sind, weil es ihnen unmöglich ist, sich so nah an ihren Sternen zu bilden. Die Frage ist, welche Kräfte haben sie dazu veranlasst, nach innen zu wandern? „Mit etwas Glück können wir Planeten bei der Wanderung durch die planetenbildende Scheibe fangen, indem wir uns diese sehr jungen Objekte ansehen“, sagte Mawet.
