Genaue Messungen der Geschwindigkeiten von Exoplaneten

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Eine künstlerische Darstellung von Kepler-62e, ein Exoplanet vom Typ Supererde. Astronomen, die daran arbeiten, Supererden um die gewöhnlichste Art von Sternen, den M-Zwergen, zu entdecken, haben erfolgreich Infrarot-Techniken getestet, die einige der Einschränkungen optischer Messungen überwinden. NASA / Kepler Mission

Die Suche nach Exoplaneten mit der Radialgeschwindigkeitsmethode wird seit nahezu dreißig Jahren angewendet und mißt das Wackeln in der Bewegung eines Sterns, verursacht durch die Anwesenheit umkreisender Körper. Die Methode ist sehr erfolgreich und hat Hunderte von Exoplaneten entdeckt, ist aber übertroffen worden durch die Transitmethode (zumindest in Bezug auf die Zahl der Entdeckungen), die nach Abschwächungen im Sternlicht sucht. Die Radialgeschwindigkeitsmethode hat jedoch einige besondere Vorteile, wobei der bemerkenswerteste darin liegt, Planeten aufspüren zu können, die nicht direkt vor dem Stern („Transit“) vorüberziehen. Die Mehrzahl der der Ziele für die Radialgeschwindigkeitsmethode sind (bisher) Sterne gewesen, die unserer Sonne ziemlich ähnlich sind, doch dies läßt den größten Teil der Sterne, die 75% der Sterne in der Nachbarschaft der Sonne ausmachen, die massearmen Zwerge der Klasse M, außer Acht. Durchmusterungen einiger nah gelegener M-Zwerge konnten eine erstaunliche Genauigkeit bei der Messung der Geschwindigkeit des Wackelns erreichen – wenige Meter pro Sekunde (7.2 Kilometer pro Stunde) – genau genug, um eine Supererde zu entdecken, die in der lebensfreundlichen Zone (wo Oberflächenwasser flüssig bleibt) den Stern umkreist. Um jedoch einen Planeten von der Masse der Erde um einen sonnenähnlichen Stern aufzuspüren, bedarf es einer zwanzigfach besseren Genauigkeit.

Eine der technischen Herausforderungen bei der Messung von Radialgeschwindigkeiten bei M-Zwergen ist, daß diese im sichtbaren Licht recht schwach leuchten. Eine Technik für das nahe Infrarot kann dieses Problem verkleinern, da die Sterne im Infrarot heller sind, aber dem stehen von Natur aus einige andere Probleme gegenüber. Die CfA-Astronomen John Johnson und Dave Latham gehörten einem Wissenschaftlerteam an, daß daran arbeitete, Infrarottechniken zur Untersuchung von M-Zwergen mit der Radialgeschwindigkeitsmethode voranzubringen. Unter Verwendung der vorhandenen Infrarotinstrumente der Infrared Telescope Facility der NASA auf Hawaii konnten die Astronomen bei einigen getesteten M-Sternen eine Genauigkeit von etwa drei Metern pro Sekunde erreichen und zeigen, daß sowohl die Technik als auch die Methoden, die eingesetzt wurden, um die Daten zu bearbeiten und zu untersuchen, zuverlässig sind. Jetzt ist die nächste Generation von Infrarotinstrumenten in Vorbereitung und die neue Arbeit zeigt, daß sie in der Lage sein sollten, Supererden und Mini-Neptune in den lebensfreundlichen Zonen von M-Zwergen aufzuspüren.

Literatur:

„Retrieval of Precise Radial Velocities from Near-infrared High-resolution Spectra of Low-mass Stars“

Peter Gao, Plavchan P., Gagné J, Furlan E., Bottom M., Anglada-Escudé G., White R., Davison C. L., Beichman C., Brinkworth C., Johnson J., Ciardi D., Wallace K., Mennesson B., von Braun K., Vasisht G., Prato L., Kane S. R., Tanner A., Crawford T. J., Latham D., Rougeot R., Geneser C. S., and Catanzarite J.

Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 128:104501 (28pp), 2016 October