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Taking extrasolar planet imaging to a new level with vector vortex coronagraphy

Projektinformationen

ID Finanzhilfevereinbarung: 337569

Status

Abgeschlossenes Projekt

  • Startdatum

    1 September 2013

  • Enddatum

    31 August 2018

Finanziert unter:

FP7-IDEAS-ERC

  • Gesamtbudget:

    € 1 499 200

  • EU-Beitrag

    € 1 499 200

Veranstaltet durch:

UNIVERSITE DE LIEGE

Deutsch DE

Der Vortex-Koronagraph hilft, die Planetenbildung im Entstehen zu erkennen

Ein neues Gerät am Keck-Observatorium auf Hawaii hat ein Foto ermöglicht, das einen Planeten zeigt, der sich im wirbelnden Gas und Staub um einen jungen Stern bildet. Basierend auf der neuesten Vortex-Koronagraphentechnologie ermöglicht das Gerät die direkte Aufnahme von entfernten Planeten, die näher an ihren Wirtssternen liegen. Dies war in dieser Form bisher nicht möglich.

Grundlagenforschung
Weltraum
© vchal, Shutterstock

Junge Sterne sind oft von einem rotierenden Ring aus Staub und Gas umgeben, der sogenannten protoplanetaren Scheibe. Das Material in der Scheibe kann verklumpen, was auf einen Planeten im Prozess seines Entstehens hinweist. Eine Kombination aus speziellen kontrastreichen bildgebenden Geräten im Keck-II-Teleskop und fortschrittlichen Bildverarbeitungstechniken ermöglichte es dem Team von Forschenden aus Belgien und Schweden, direkt Bilder der angesammelten Materie um den Stern MWC 758 herum aufzunehmen. Diese Leistung galt lange Zeit als entscheidend bei der Suche nach Planeten, die ihren Stern relativ nah umkreisen, wie auch der unsrige.

Exoplaneten in Hülle und Fülle

Die Erforschung von Exoplaneten hat in den letzten zwei Jahrzehnten zu bemerkenswerten Entdeckungen geführt. Es gibt über 3 000 bestätigte Exoplaneten, aber die überwiegende Mehrheit dieser Entdeckungen geht auf indirekte bildgebende Verfahren zurück. Sie können entweder auf der Messung sich verändernder Wellenlängen des vom Stern ausgesendeten Lichts beruhen, was durch die Schwerkraft des umkreisenden Planeten verursacht wird, oder auf einer minimalen Abnahme der Lichtstärke eines Sterns, wenn der Planet an ihm vorbeizieht. Direkte Bildgebung war bisher eine technische Herausforderung: Exoplaneten, deren Licht eine Million Mal schwächer abstrahlt, gehen im gleißenden Licht ihres Wirtssterns von der Erde aus gesehen verloren. Obwohl große Teleskope weltweit seit kurzem kontrastreiche bildgebende Verfahren ermöglichen, kann die aktuelle Koronagraphentechnik nur „einsame“ Planeten erkennen, die ihre Sterne in weiter Entfernung umkreisen. Die Umlaufdauer beträgt in diesen Fällen über 20 Jahre. Im Vergleich dazu umkreisen alle felsigen Planeten in unserem Sonnensystem die Sonne in weniger als zwei Jahren.

Ein genauerer Blick auf erdähnliche Planeten

Das EU-finanzierte Projekt vortex war der Vorreiter für neue Vortex-Koronagrapheninstrumente, mit denen sich Astronominnen und Astronomen der Welt des kurzperiodischen Planeten nähern konnten. Die verfeinerten Instrumente ermöglichen eine kontrastreiche Darstellung von Planetensystemen in winzigen Winkelabständen zwischen dem Planeten und dem Stern. „Junge Sterne befinden sich nicht in der Nähe unseres Sonnensystems, wir müssen daher weiter entfernt in der Galaxie schauen, wo Sterne und Planeten näher beieinander liegen. Das Vermögen unserer Vortex-Koronagraphentechnologie, entfernte Sterne nach Planeten abzusuchen, ist wichtig, um noch entstehende Planeten einzufangen“, sagt Projektkoordinator Olivier Absil. Das Geheimnis hinter dem Projekterfolg sind die Verbesserungen der bestehenden Fertigungsprozesse für die Vortex-Phasenmaske. Dieser Teil des Vortex-Koronagraphen leitet das Licht von den Detektoren weg, indem Lichtwellen kombiniert und gefiltert werden. Vortex-Phasenmasken bestehen aus konzentrischen Mikrostrukturen, die die Sternenlichtwellen dazu zwingen, sich um das Maskenzentrum zu drehen, wobei die Vortex-Singularität entsteht. Die Forschenden haben die konzentrischen Mikrostrukturen in einen Diamanten geätzt. „Unsere Vortex-Phasenmasken können stellares Licht um einen Faktor größer 1 000 filtern, was der höchsten jemals gemessenen Ablehnungsrate entspricht“", sagt Absil. Die Forschenden haben auf Basis ihrer erfolgreichen Arbeit einem maschinellen Lernsystem beigebracht, worauf es in den Daten ankommt. Damit sollte es möglich werden, Exoplaneten von restlichem Sternenlicht zu unterscheiden. Die ist das erste Mal, dass Forschende maschinelles Lernen einsetzen, um Exoplaneten aufzuspüren. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass dies andere Datenverarbeitungstechniken übertrifft. Bis in die 1990er-Jahre basierten die Theorien zur Planetenbildung auf unserem Sonnensystem. „Wir verstehen jetzt, dass es eine große Vielfalt an Planetensystemen gibt, und daher sollte unser Sonnensystem nicht als Archetyp angesehen werden“", schlussfolgert Absil.

Schlüsselbegriffe

vortex, Exoplanet, Vortex-Koronagraph, Vortex-Phasenmaske, kontrastreiche Bildgebung, maschinelles Lernen, MWC 758, Keck-Observatorium

Projektinformationen

ID Finanzhilfevereinbarung: 337569

Status

Abgeschlossenes Projekt

  • Startdatum

    1 September 2013

  • Enddatum

    31 August 2018

Finanziert unter:

FP7-IDEAS-ERC

  • Gesamtbudget:

    € 1 499 200

  • EU-Beitrag

    € 1 499 200

Veranstaltet durch:

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