{"id":168457,"date":"2019-03-27T18:04:41","date_gmt":"2019-03-27T17:04:41","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=168457"},"modified":"2019-03-27T18:04:41","modified_gmt":"2019-03-27T17:04:41","slug":"exoplanet-vlt-teleskop-gravity","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/exoplanet-vlt-teleskop-gravity\/","title":{"rendered":"VLT-Teleskop der ESO zeigt Details eines st\u00fcrmischen Exoplaneten"},"content":{"rendered":"

Im Jahr 2010 wurde im Orbit um den jungen Hauptreihenstern HR 8799 im Sternbild Pegasus ein Exoplanet entdeckt, der die Bezeichnung HR 8799e bekam. Er ist 129 Lichtjahre von der Erde entfernt und Teil eines jungen F\u00fcnf-K\u00f6rper-Systems. Dieses System besteht aus dem Stern HR 8799 und bislang vier nachgewiesenen Gasplaneten mit der 5- bis 10fachen Masse des Jupiter. Neun Jahre nach der Entdeckung ist es einer internationalen Forschergruppe nun gelungen, dank hochaufl\u00f6sender Bilder neue, teils \u00fcberraschende, Details \u00fcber HR 8799e zu erfahren.<\/p>\n

Exoplaneten im Detail und ohne st\u00f6rende Einfl\u00fcsse zu untersuchen ist schwierig, wei\u00df man bei der ESO<\/a>. Je gr\u00f6\u00dfer die Entfernung, desto schwieriger wird es. HR 8799e ist ein \u201eSuper-Jupiter\u201c und derjenige der vier Planeten mit der geringsten Entfernung zum Stern. Dennoch ist er einer jener, vergleichsweise wenigen (rund 120 aus 4000) Exoplaneten, von denen es direkte Abbildungen gibt. Der gr\u00f6\u00dfte Teil der Exoplaneten konnte bisher nur indirekt nachgewiesen werden.<\/p>\n

\u201eGew\u00f6hnlich sind die Exoplaneten von uns gesehen sehr nah an den Muttersternen dran. Daher wird das Licht des Planeten – reflektiertes Sternlicht – meistens vom Licht des Sterns \u00fcberstrahlt\u201c, erkl\u00e4rt Dr. Markus Nielbock vom Haus der Astronomie in Heidelberg<\/a>. \u201eDie Sterne kann man daher normalerweise in den Beobachtungen von den Planeten nicht sauber trennen. Zumindest wird das Licht des Sterns von der Teleskopoptik in den meisten F\u00e4llen so \u201averschmiert\u2018, dass das vom Planeten stammende Licht dadurch \u201averunreinigt\u2018 ist.\u201c<\/p>\n

HR 8799e ist au\u00dferdem massereicher und mit nur 30 Millionen Jahren auch viel j\u00fcnger als alle Planeten, die die Sonne umkreisen. Aufgrund dieses geringen Alters ist dieser Baby-Exoplanet jung genug, um Wissenschaftlern einen Einblick in die Entstehung von Planeten und Planetensystemen zu geben. \u201eWir wissen, dass sich Planeten in ihrer Jugend noch ver\u00e4ndern. Bisher konnte man das allerdings nur aus theoretischen Modellen ableiten\u201c, sagt Nielbock. \u201eWenn man aber nun diese jungen Planeten wirklich studieren kann, k\u00f6nnen wir diese Modelle \u00fcberpr\u00fcfen.\u201c<\/p>\n

Dabei sei die Zusammensetzung wichtig, betont er. \u201eVor allem, welche Eigenschaften die Planeten zu welchen Zeitpunkten haben. Wie lange nehmen sie noch Material auf? Es w\u00e4re z. B. interessant zu wissen, welche Bedingungen zu den Fr\u00fchzeiten eines Planeten herrschen, bevor sich Leben entwickelt. Welche Gase besitzt die Atmosph\u00e4re? Gibt es schon Wasser oder kam es erst sp\u00e4ter? Dieser Super-Jupiter wird aber sicher kein Leben entwickeln. Die Messung macht uns aber Hoffnung auf zuk\u00fcnftige Beobachtungsprogramme, die erd\u00e4hnliche Planeten untersuchen.\u201c<\/p>\n

Zu den j\u00fcngsten Entdeckungen von Exoplaneten, die mit ESO-Teleskopen gemacht wurden, geh\u00f6ren \u00fcbrigens die Entdeckung einer Super-Erde<\/a> im Orbit von Barnards Stern, dem n\u00e4chsten Einzelstern zu unserer Sonne, im vergangenen Jahr und die Entdeckung junger Planeten mit ALMA, die einen neu entstandenen Stern umkreisen, die eine andere neuartige Technik zur Planetenerkennung einsetzte.<\/p>\n

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Dieses Weitwinkelbild zeigt die Umgebung des jungen Sterns HR 8799 im Sternbild Pegasus. Dieses Bild wurde aus Material erstellt, das Teil des Digitized Sky Survey 2 ist. Der Standort des HR 8799 wird angezeigt. \u00a9 ESO\/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide de Martin.<\/figcaption><\/figure>\n

\u00dcberraschende Ergebnisse<\/h3>\n

Eine Forschergruppe unter der Leitung von Sylvestre Lacour vom Observatoire de Paris<\/a> konnte nun dank einer neuen Untersuchungsmethode einige der Probleme umgehen. Mittels viel sch\u00e4rferer Bilder des Exoplaneten konnten die Wissenschaftler nicht nur die Entfernung des Sterns zum Planeten zehn Mal genauer als zuvor vermessen, auch das Spektrum des Planeten konnte so genau aufgenommen werden wie nie zuvor. Das neue Verfahren erlaubt es n\u00e4mlich, das Licht des Planeten besonders trennscharf vom Licht des Sterns zu unterscheiden. Mit herk\u00f6mmlichen Methoden konnte man bisher nur versuchen, das Licht des Zentralsterns mithilfe einer Maske abzublocken (\u201eKoronografie\u201c).<\/p>\n

Bei HR 8799e konnten die Wissenschaftler auch erkennen, dass seine Atmosph\u00e4re mit einer Temperatur von rund 1.000 \u00b0C noch ziemlich hei\u00df und lebensfeindlich ist. Der Planet hatte f\u00fcr die Forscher aber eine gro\u00dfe \u00dcberraschung parat: \u201eAusgehend von unserem eigenen Sonnensystem, w\u00fcrde man bei einem Gasplaneten mit dieser Temperatur gro\u00dfe Mengen an Methan in der Atmosph\u00e4re erwarten\u201c, sagt Dr. Silvia Scheithauer vom Max-Planck-Instuitut f\u00fcr Astronomie. \u201e\u00dcberraschenderweise enth\u00e4lt die Atmosph\u00e4re von HR 8799e aber kaum Methan, aber daf\u00fcr gro\u00dfe Mengen an Kohlenmonoxid!\u201c<\/p>\n

Forschungsleiter Sylvestre Lacour erkl\u00e4rt dieses Ph\u00e4nomen folgenderma\u00dfen: \u201eWir k\u00f6nnen dieses \u00fcberraschende Ergebnis am besten erkl\u00e4ren, wenn hohe vertikale Winde in der Atmosph\u00e4re verhindern, dass das Kohlenmonoxid mit Wasserstoff unter Bildung von Methan reagiert.\u201c Au\u00dferdem stellte das Team fest, dass die Atmosph\u00e4re auch Wolken aus Eisen- und Silikatstaub enth\u00e4lt. Aufgrund der Kombination mit dem \u00dcberschuss an Kohlendioxid geht man davon aus, dass die Atmosph\u00e4re von HR 8799e von einem gewaltigen und heftigen Sturm heimgesucht wird.<\/p>\n

\u201eUnsere Beobachtungen deuten auf eine Gaskugel hin, die von innen beleuchtet wird, wobei warme Lichtstrahlen durch st\u00fcrmische Flecken dunkler Wolken laufen\u201c, erl\u00e4utert Lacour. \u201eDie Konvektion bewegt sich um die Wolken aus Silikat- und Eisenpartikeln herum, die sich aufl\u00f6sen und ins Innere regnen. So entsteht ein Bild der dynamischen Atmosph\u00e4re eines Riesenexoplaneten bei der Geburt, der komplexe physikalische und chemische Prozesse durchl\u00e4uft.\u201c<\/p>\n

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Schematische Darstellung des VLT-Interferometers. Das Licht eines weit entfernten Himmelsk\u00f6rpers gelangt in zwei der VLT-Teleskope und wird von einer Vielzahl an Spiegeln in den interferometrischen Tunnel reflektiert, der sich unterhalb der Beobachtungsplattform auf der Spitze des Paranal befindet. Zwei Verz\u00f6gerungsstrecken mit bewegbaren Wagen passen kontinuierlich die Wegl\u00e4ngen an, so dass die beiden Lichtstrahlen konstruktiv interferieren, was im interferometrischen Fokus im Labor zu Interferenzmustern f\u00fchrt. \u00a9 ESO<\/figcaption><\/figure>\n

Was ist Interferometrie?<\/h3>\n

Eine Schl\u00fcsselrolle spielte bei den neuen Erkenntnissen das GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der Europ\u00e4ischen S\u00fcdsternwarte am Paranal-Observatorium in Chile, das 2016 in Betrieb genommen wurde. GRAVITY kann mithilfe sogenannter Interferometrie das Licht der vier VLT-Teleskope der ESO zusammenschlie\u00dfen, d.h. ein einzelnes gr\u00f6\u00dferes Teleskop nachahmen, und zu einem gemeinsamen Bild kombinieren. Im Zusammenspiel der vier 8-Meter-Teleskope des VLT k\u00f6nnen Details sichtbar gemacht werden, wie sie ein Einzelteleskop nur mit rund 100 Metern Spiegeldurchmesser liefern k\u00f6nnte. Diese Technik bietet einzigartige M\u00f6glichkeiten, viele der heute bekannten Exoplaneten zu charakterisieren.<\/p>\n

\u201eMit Gravity k\u00f6nnen wir dank der hohen Winkelaufl\u00f6sungsf\u00e4higkeit des Interferometers beide Objekte sauber trennen, so dass wir den Planeten einzeln untersuchen k\u00f6nnen\u201c, sagt Nielbock. \u201eDaher konnte man ein sehr klares Spektrum des Planeten gewinnen, das aus Sternlicht besteht, das durch die Atmosph\u00e4re des Planeten ver\u00e4ndert wurde. Diese zus\u00e4tzlichen, dem Spektrum aufgepr\u00e4gten Informationen kann man nutzen, um Eigenschaften der Atmosph\u00e4re abzuleiten, z. B. ihre Zusammensetzung und ihre Dynamik.\u201c<\/p>\n

Die neuen Beobachtungen seien auch im Hinblick auf die zuk\u00fcnftige Suche nach den Spuren von Leben im Universum von Interesse, betonen die Forscher. Die Suchstrategien der Astronomen laufen darauf hinaus, im Spektrum der Atmosph\u00e4re eines Exoplaneten Spuren von Leben nachzuweisen. Die jetzt gelungene Beobachtung er\u00f6ffnet eine M\u00f6glichkeit, derartige Spektren in Zukunft mit gr\u00f6\u00dferer Genauigkeit aufzunehmen.<\/p>\n

Momentan planen die Astronomen langfristige Folgebeobachtungen mit GRAVITY, um eine so genaue Rekonstruktion der Bahn von HR 8799e erm\u00f6glichen, dass dann (erstmals in einem r\u00e4umlich aufgel\u00f6sten Exoplanetensystem!) \u201enicht nur der Gravitationseinfluss des Zentralsterns, sondern auch die gegenseitige Anziehung der Gasplaneten messbar wird.\u201c Aktuellen Sch\u00e4tzungen zufolge dauert ein Umlauf von HR 8799e um seinen Stern zwischen 40 und 50 Jahre.<\/p>\n

Die Ergebnisse des Forschungsprojekts wurden in GRAVITY Collaboration, S. Lacour et al. 2019, \u201eFirst direct detection of an exoplanet by optical interferometry\u201c in der Fachzeitschrift Astronomy and Astrophysics ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n