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PASTIS trägt mit neuer Software zur Bestätigung von Exoplaneten bei

In jüngster Zeit werden immer mehr Exoplaneten gefunden. Dies lässt Hoffnungen aufkommen, eines Tages neue, bewohnbare Welten zu entdecken. Doch es wirft auch eine Frage auf, die mit der Genauigkeit der aktuellen Detektionssoftware zusammenhängt: Existieren die gefundenen Exoplaneten auch tatsächlich? Die Wissenschaftler des PASTIS-Projekts entwickeln derzeit neue Software, um diese Zweifel auszuräumen.
PASTIS trägt mit neuer Software zur Bestätigung von Exoplaneten bei
Derzeit werden neue, verbesserte Instrumente für die Suche nach Exoplaneten auf den Markt gebracht. Doch so hochleistungsfähig diese Technologien auch sein mögen, sind dennoch verschiedene astrophysikalische und instrumentelle Effekte gegeben, welche die Entdeckung und Charakterisierung extrasolarer Planeten von geringer Masse behindern. Die präzise Charakterisierung des Muttersterns, die Modellierung des stellaren Jitter und das Auftreten falsch-positiver Ergebnisse sind besonders herausfordernd.

Laut Prof. Alexandre Santerne, Marie-Curie-Stipendiat vom Centre for Astrophysics an der portugiesischen Universität Porto und Projektkoordinator von PASTIS (Planet Analysis and Small Transit Investigation Software), sind wesentliche Verbesserungen bei der Analysesoftware erforderlich, um diese Limitierungen zu berücksichtigen und so erdähnliche Planeten besser aufspüren zu können.

Das Ziel des zweijährigen Projekts bestand darin, solche Verbesserungen bei Prof. Santernes hochmoderner PASTIS-Software zu erreichen und anschließend mit dieser in den Daten der Teleskope CoRoT, Kepler und HARPS neue kleine Planeten von geringer Masse zu entdecken.

Worin bestehen Ihrer Ansicht nach die größten Defizite der heutigen Datenanalysesoftware?

Auf dem Forschungsgebiet der Exoplaneten – und darüber hinaus – besteht die größte Einschränkung darin, dass wir noch zu wenig über die Muttersterne wissen, insbesondere über Faktoren, die sich stetig verändern (Granulation, Sonnenflecken, Magnetfeldzyklen). Mit hochpräzisen Beobachtungen wurde vor Kurzem festgestellt, dass mit modernsten Analyseverfahren wahrscheinlich nicht einmal die inneren Planeten unseres eigenen Sonnensystems nachgewiesen oder charakterisiert werden könnten.

Da wir die stellare Variabilität noch nicht ausreichend verstehen, kann Analysesoftware diese Veränderungen im Sternenlicht noch nicht von anderen Anzeichen unterscheiden, die auf Planeten hinweisen. Dies könnte bedeuten, dass viele der kleinen Planeten, die bisher gefunden wurden, in Wirklichkeit gar nicht existieren. Wie ich bei der Öffentlichkeitsarbeit immer sage: Wenn wir einen erdähnlichen Planeten in der habitablen Zone eines nahegelegenen Sterns finden, könnten wir versuchen, eine (sehr teure) Mission auf die Beine zu stellen, um zu ihm zu reisen. Doch was, wenn es diesen Planeten am Ende gar nicht gäbe? Das wäre eine Katastrophe!

Die PASTIS-Software wurde schon vor Projektbeginn entwickelt. Wie verhält sie sich im Vergleich zu anderen hochmodernen Lösungen?

Die PASTIS-Software unterschiedet sich grundlegend von anderen europäischen Lösungen. Während die meiste Spitzensoftware entwickelt wurde, um die Parameter eines Planetensystems so genau wie möglich zu berechnen, wird mit der PASTIS-Software ein anderer Ansatz verfolgt: Sie soll einschätzen, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein bestimmtes Planetensystem tatsächlich existiert und nicht mit einem anderen Phänomen verwechselt wird – in der Regel unabhängig davon, über welche Parameter es genau verfügt. Für mich stellt das eine ganz andere Herangehensweise dar. Wir interessieren uns nicht wirklich dafür, ob ein Planet seinen Stern in 12,1 oder 12,2 Erdtagen umkreist, sondern konzentrieren uns darauf, ob es ihn auch wirklich gibt. Und genau dafür wurde das PASTIS-Projekt ins Leben gerufen.

Auf welche Weise möchten Sie die Software verbessern?

Zunächst wollten wir Sternenmodelle in PASTIS integrieren, um kleine Exoplaneten besser validieren und charakterisieren zu können, insbesondere unter Berücksichtigung der stellaren Variabilität.

Das Projekt soll schon in wenigen Monaten abgeschlossen werden. Gehen Sie davon aus, die gesetzten Ziele zu erreichen?

Nicht vollumfänglich. Einige der ursprünglich angestrebten Verbesserungen wurden getestet, sie verlangsamten die Software jedoch so stark, dass der Nachweis neuer Planeten im Rahmen der Projektlaufzeit nicht möglich gewesen wäre. Daher suchte ich nach alternativen Lösungen, mit denen die ursprünglich gesetzten Ziele erreicht, der Code jedoch noch relativ schnell ausgeführt werden könnte. Größtenteils war ich erfolgreich, und die wichtigsten angestrebten Softwareverbesserung wurden inzwischen implementiert und validiert.

Was war die größte Herausforderung, die Sie im Projekt bewältigen mussten?

Nun, die größte Schwierigkeit war die Verbesserung der Software hinsichtlich ihrer Komplexität, ohne die Berechnungsdauer zu erhöhen. Dies war mit Sicherheit die Hauptschwierigkeit des Projekts und bedurfte alternativer Lösungsansätze. Wenn wir in der Physik mit einem sehr komplexen System konfrontiert sind, versuchen wir in der Regel, angemessene Annäherungswerte zu finden.

Wie steht es mit dem Nachweis neuer Planeten, der ebenfalls ein zentrales Ziel ist?

In der Tat wurden mithilfe der PASTIS-Software neue Planeten bestätigt und bekannt gegeben: K2-19 b und c (ein System aus zwei Planeten von der Größe des Neptuns — Armstrong, Santerne et al., 2015) und WASP-121 b (ein interessanter, heißer Jupiter — Delrez, Santerne et al., 2016). Weitere Systeme werden derzeit analysiert, darunter auch erdgroße Planeten.

Welche Pläne haben sie bis zum Projektende und darüber hinaus?

Dank des Marie-Curie-Stipendiums habe ich eine Stelle an einer Fakultät in Marseille erhalten, die ich in diesem Herbst antreten werde. Dort werde ich weiter an und mit PASTIS arbeiten, um Exoplaneten nachzuweisen und die Weltraummission ESA PLATO vorzubereiten. Vor allem möchte ich die Validierung von Planeten mit PASTIS mithilfe der neuen Daten aus der GAIA-Mission verbessern. Auch die Verbesserung des Codes zählt in den nächsten Jahren zu meinen wichtigsten Zielen, um die Software noch schneller zu machen.

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Quelle: Interview aus dem Magazin research*eu Ergebnisse, Ausgabe 53, Seite 4–5

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Datensatznummer: 125600 / Zuletzt geändert am: 2016-06-22
Kategorie: Interviews
Anbieter: ec