Willkommen zurück zu unserer Serie über Exoplaneten-Jagdmethoden! Heute schauen wir uns die kuriose und einzigartige Methode an, die als Gravitationsmikrolinsen bekannt ist.
Die Jagd nach extrasolare Planeten hat sich in den letzten zehn Jahren sicherlich aufgeheizt. Dank technologischer und methodischer Verbesserungen ist die Zahl der beobachteten Exoplaneten (Stand 1. Dezember 2017 ) hat 3.710 Planeten in 2.780 Sternensystemen erreicht, wobei das 621-System mehrere Planeten umfasst. Leider wurden die Astronomen aufgrund verschiedener Grenzen, mit denen Astronomen konfrontiert sind, in der überwiegenden Mehrheit mit indirekten Methoden entdeckt.
Eine der am häufigsten verwendeten Methoden zum indirekten Nachweis von Exoplaneten ist als Gravitationsmikrolinseneffekt bekannt. Im Wesentlichen beruht diese Methode auf der Gravitationskraft entfernter Objekte, um das von einem Stern kommende Licht zu biegen und zu fokussieren. Wenn ein Planet relativ zum Beobachter vor dem Stern vorbeizieht (d. h. einen Transit macht), fällt das Licht messbar ab, was dann verwendet werden kann, um die Anwesenheit eines Planeten zu bestimmen.
In dieser Hinsicht ist Gravitational Microlensing eine verkleinerte Version von Gravitational Lensing, bei der ein dazwischenliegendes Objekt (wie ein Galaxienhaufen) verwendet wird, um Licht zu fokussieren, das von einer Galaxie oder einem anderen Objekt, das sich dahinter befindet, kommt. Es enthält auch ein Schlüsselelement des hochwirksamen Transitmethode , wo Sterne auf Helligkeitsabfälle überwacht werden, um die Anwesenheit eines Exoplaneten anzuzeigen.
Beschreibung:
In Übereinstimmung mit Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie , bewirkt die Schwerkraft, dass sich das Gewebe der Raumzeit verbiegt. Dieser Effekt kann dazu führen, dass Licht, das durch die Schwerkraft eines Objekts beeinflusst wird, verzerrt oder verbogen wird. Es kann auch als Linse fungieren, wodurch das Licht fokussierter wird und entfernte Objekte (wie Sterne) für einen Beobachter heller erscheinen. Dieser Effekt tritt nur auf, wenn die beiden Sterne relativ zum Beobachter nahezu exakt ausgerichtet sind (d. h. einer vor dem anderen steht).
Diese „Lensing-Ereignisse“ sind kurz, aber zahlreich, da sich Erde und Sterne in unserer Galaxie immer relativ zueinander bewegen. In den letzten zehn Jahren wurden über tausend solcher Ereignisse beobachtet und dauerten typischerweise einige Tage oder Wochen. Tatsächlich wurde dieser Effekt 1919 von Sir Arthur Eddington genutzt, um den ersten empirischen Beweis für die Allgemeine Relativitätstheorie zu liefern.
Dies geschah während der Sonnenfinsternis vom 29. Mai 1919, als Eddington mit einer wissenschaftlichen Expedition auf die Insel Principe vor der Küste Westafrikas reiste, um die Sterne zu fotografieren, die jetzt in der Region um die Sonne sichtbar waren. Die Bilder bestätigten Einsteins Vorhersage, indem sie zeigten, wie das Licht dieser Sterne als Reaktion auf das Gravitationsfeld der Sonne leicht verschoben wurde.
Die Technik wurde ursprünglich von den Astronomen Shude Mao und Bohdan Paczynski im Jahr 1991 vorgeschlagen, um nach binären Begleitern von Sternen zu suchen. Ihr Vorschlag wurde 1992 von Andy Gould und Abraham Loeb als Methode zum Aufspüren von Exoplaneten verfeinert. Diese Methode ist am effektivsten bei der Suche nach Planeten in Richtung des Zentrums der Galaxie, da der galaktische Bulge eine große Anzahl von Hintergrundsternen bietet.
Eine Skizze einer Mikrolinsensignatur mit einem Planeten im Linsensystem. Bildquelle: NASA / ESA / K. Sahu / STScI
Vorteile:
Mikrolinsen sind die einzige bekannte Methode, um Planeten in wirklich großen Entfernungen von der Erde zu entdecken und die kleinsten Exoplaneten zu finden. Während die Radialgeschwindigkeitsmethode bei der Suche nach Planeten in einer Entfernung von bis zu 100 Lichtjahren von der Erde effektiv ist und die Transitphotometrie Planeten in Hunderten von Lichtjahren Entfernung erkennen kann, kann die Mikrolinsenmethode Planeten finden, die Tausende von Lichtjahren entfernt sind.
Während die meisten anderen Methoden eine Tendenz zur Erkennung kleinerer Planeten aufweisen, ist die Mikrolinsenmethode das empfindlichste Mittel zur Erkennung von Planeten, die etwa 1-10 Astronomische Einheiten (AE) von sonnenähnlichen Sternen entfernt sind. Mikrolinsen sind auch das einzige bewährte Mittel, um Planeten mit geringer Masse in breiteren Umlaufbahnen zu entdecken, bei denen sowohl die Transitmethode als auch die Radialgeschwindigkeit wirkungslos sind.
Zusammengenommen machen diese Vorteile Mikrolinsen zur effektivsten Methode, um erdähnliche Planeten um sonnenähnliche Sterne zu finden. Darüber hinaus können Mikrolinsen-Vermessungen mit bodengestützten Einrichtungen effektiv durchgeführt werden. Wie die Transitphotometrie profitiert auch die Microlensing-Methode davon, dass mit ihr Zehntausende von Sternen gleichzeitig vermessen werden können.
Nachteile:
Da Mikrolinsen-Ereignisse einzigartig sind und sich nicht wiederholen können, können Planeten, die mit dieser Methode entdeckt wurden, nicht erneut beobachtet werden. Außerdem sind die entdeckten Planeten meist sehr weit weg, was Folgeuntersuchungen praktisch unmöglich macht. Glücklicherweise erfordern Mikrolinsenerkennungen im Allgemeinen keine Folgeuntersuchungen, da sie ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen.
Obwohl eine Bestätigung nicht erforderlich ist, wurden einige planetare Mikrolinsen-Ereignisse bestätigt. Das planetarische Signal für das Ereignis OGLE-2005-BLG-169 wurde durch HST- und Keck-Beobachtungen bestätigt (Bennett et al. 2015; Batista et al. 2015). Darüber hinaus können Mikrolinsen-Vermessungen nur grobe Schätzungen der Entfernung eines Planeten liefern, wodurch erhebliche Fehlertoleranzen entstehen.
Mikrolinsen können auch keine genauen Schätzungen der Bahneigenschaften eines Planeten liefern, da die einzige Bahneigenschaft, die mit dieser Methode direkt bestimmt werden kann, die aktuelle Haupthalbachse des Planeten ist. Daher sind Planeten mit einer exzentrischen Umlaufbahn nur für einen winzigen Teil seiner Umlaufbahn nachweisbar (wenn er weit von seinem Stern entfernt ist).
Schließlich ist Mikrolinsen von seltenen und zufälligen Ereignissen abhängig – dem Durchgang eines Sterns genau vor einem anderen, von der Erde aus gesehen –, was Entdeckungen sowohl selten als auch unvorhersehbar macht.
Beispiele für Gravitations-Mikrolinsen-Vermessungen:
Umfragen, die auf der Microlensing-Methode basieren, umfassen die Optisches Gravitationslinsen-Experiment (OGLE) an der Universität Warschau. Unter der Leitung von Andrzej Udalski, dem Direktor des Astronomischen Observatoriums der Universität, nutzt dieses internationale Projekt das 1,3-Meter-Teleskop „Warschau“ in Las Campanas, Chile, um in einem Feld von 100 Sternen rund um den galaktischen Bulge nach Mikrolinsenereignissen zu suchen.
Das Astronomische Observatorium der Universität Warschau, in dem das OGLE-Projekt durchgeführt wurde. Bildnachweis: ogle.astrouw.edu.pl
Es gibt auch die Mikrolinsen-Beobachtungen in der Astrophysik (MOA)-Gruppe, eine gemeinsame Anstrengung von Forschern in Neuseeland und Japan. Unter der Leitung von Professor Yasushi Muraki von der Nagoya University verwendet diese Gruppe die Microlensing-Methode, um Vermessungen für dunkle Materie, extrasolare Planeten und stellare Atmosphären der südlichen Hemisphäre durchzuführen.
Und dann ist da noch die Sondierende Linsenanomalien NETwork (PLANET), das aus fünf 1-Meter-Teleskopen besteht, die um die Südhalbkugel verteilt sind. In Zusammenarbeit mit RoboNet ist dieses Projekt in der Lage, nahezu kontinuierliche Beobachtungen für Mikrolinsen-Ereignisse bereitzustellen, die von Planeten mit so geringen Massen wie der Erde verursacht werden.
Die bisher sensibelste Umfrage ist die Koreanisches Mikrolinsen-Teleskop-Netzwerk (KMTNet), ein Projekt der Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI) im Jahr 2009 initiiert KMTNet stützt sich auf die Instrumente in drei südlichen Beobachtungs kontinuierliche Überwachung der galaktischen Bulge 24-Stunden zur Verfügung zu stellen, für Gravitationslinsenereignisse zu suchen, die der Punkt Weg in Richtung Erdmassenplaneten, die mit ihren Sternen bewohnbare Zonen umkreisen.
Wir haben hier bei Universe Today viele interessante Artikel zum Thema Exoplanetenerkennung geschrieben. Hier ist Was sind Extrasolare Planeten? , Was ist die Transitmethode? , Was ist die Radialgeschwindigkeitsmethode? , Was ist Gravitationslinsen? und Keplers Universum: Mehr Planeten in unserer Galaxie als Sterne
Weitere Informationen finden Sie auf der NASA-Seite auf Exoplaneten-Erforschung , die Seite der Planetary Society auf Extrasolare Planeten , und die NASA/Caltech Exoplaneten-Archiv .
Astronomy Cast hat auch relevante Episoden zu diesem Thema. Hier ist Folge 208: Das Spitzer-Weltraumteleskop , Folge 337: Photometrie , Folge 364: Die CoRoT-Mission , und Folge 367: Spitzer macht Exoplaneten .
Quellen:
