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Exoplanets in Transit and their Atmosphere

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Neue Teleskope verstärken die Suche nach bewohnbaren Welten in der Nähe von kühlen Sternen

Eine neue Anlage mit drei Teleskopen in der chilenischen Wüste wird bald auf der Suche nach kalten Objekten sein, wie z B. erdgroße Planeten in der Nähe roter Zwergsterne. Das innovative Design und die infrarotempfindlichen „Augen“ werden bei der Entdeckung potentiell bewohnbarer Welten helfen.

Grundlagenforschung
Weltraum

Eine der aufregendsten Entdeckungen der Astronomie in den letzten Jahrzehnten war die Identifizierung von Planeten, die um Sterne außerhalb unseres Sonnensystems kreisen. Bisher sind über 4 000 Exoplaneten bekannt; die meisten sind deutlich größer als die Erde, vergleichbar mit der Größe des Gasriesen Jupiter. Wahrscheinlich entspricht dies nicht den realen Bedingungen im Weltraum, kleinere Planeten sind aber schwerer zu erkennen. ExTrA ist eine neue Einrichtung am La-Silla-Observatorium der Europäischen Südsternwarte in Chile, das vom Europäischen Forschungsrat und dem Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung CNRS (Centre national de la recherche scientifique) in Frankreich finanziert wird. Die Teleskope von ExTrA werden zu erheblichen Verbesserungen bei der Erkennung und Atmosphärencharakterisierung von Planeten in Erdgröße führen. Sie sind speziell auf Planeten ausgerichtet, die ihren Stern passieren. Exoplaneten verursachen auf ihrer Bahn einen leichten Helligkeitsabfall des Sterns und werfen dadurch einen Schatten, der mit den Teleskopen erkannt werden kann. Durch die Messung dieser regelmäßigen Lichtschwächung können Astronomen die Atmosphärenphysik und die Massenzusammensetzung ableiten, um festzustellen, woraus der Planet überwiegend besteht.

Beobachtung im Nahinfrarotbereich

Die ExTrA-Anlage verwendet eine Technologie, mit der die Leistung der herkömmlichen Technik, der sogenannten Differentialphotometrie, verbessert werden kann (, bei der die Helligkeit eines Sterns durch den Vergleich mit anderen Sternen im Bild bemessen wird). Ohne diese Technik wäre es schwierig, kleinere, erdgroße Exoplaneten zu erkennen. Forscher entwickeln jedoch neue Methoden, um die Helligkeit von Roten Zwergen im Nah-Infrarotbereich zu messen, wo sie heller erscheinen. „Zurzeit gibt es eine Vielzahl von kleinen Teleskopen, die Rote Zwerge nach Anzeichen von Exoplaneten scannen. Ähnliche Beobachtungen im Infrarotbereich würden die Beobachtung kleiner und kühler Exoplaneten wesentlich effizienter ermöglichen, da Rote Zwerge den größten Teil ihres Lichts im Infrarotbereich abgeben“, sagt Projektkoordinator Xavier Bonfils. Da Infrarotkameras relativ teuer sind, arbeiten die ExTrA-Teleskope mit Glasfasertechnik. Das von den drei Teleskopen gesammelte Licht wird über Glasfasern übertragen und durch einen Infrarotdetektor geleitet. Ein Roboter übernimmt die korrekte Ausrichtung der Fasern, um das Licht der Sterne bestmöglich einzufangen. So kann ExTrA photometrische Daten im Infrarotbereich aufnehmen. Die Forschenden haben auch berücksichtigt, dass Infrarotstrahlung stark von Wasser absorbiert wird. Dies führt zu einer Vielzahl systematischer Fehler bei der Beobachtung eines Sterns mit unterschiedlichen Luftmassen. Zu diesem Zweck führen die Glasfasern aller drei Teleskope zum gleichen Spektographen. Dies ist ein Instrument, mit dem das Sternenlicht so verteilt wird, dass die Astronominnen und Astronomen diejenigen Spektralbänder auswählen können, die frei von Wasserübergangslinien sind.

Wasser, ein grundlegender Bestandteil für das Leben außerhalb der Erde

ExTrA wird nach transitierenden Planeten um kühle Stern herum suchen, in der Hoffnung, erdgroße Planeten in ihrer bewohnbaren Zone zu erkennen. In dieser Region um einen Stern kann ein Planet Oberflächentemperaturen aufweisen, die das Vorhandensein von flüssigem Wasser ermöglichen. Der wichtigste Faktor, der die Temperatur des Planeten bestimmt, ist seine Entfernung zum Wirtsstern. „Dies ist sicher die Untersuchung mit der höchsten Empfindlichkeit für erdgroße Planeten, die helle und nahegelegene Sterne passieren“, so Bonfils. „Das bedeutet, dass wir erwarten, Dutzende von Exoerden erkennen und analysieren zu können. Durch die Charakterisierung ihrer Atmosphären werden wir dann in der Lage sein, diejenigen zu identifizieren, die einen Lebensraum darstellen können.“

Schlüsselbegriffe

ExTrA, Infrarot, Exoplanet, erdgroßer Planet, Roter Zwerg, Glasfasern, bewohnbar, La-Silla-Observatorium der Europäischen Südsternwarte, Spektrograph

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