Panorama

Optimierte Suche nach Exoplaneten

11.06.2019 - Neues Instrument NEAR sucht das Sternsystem Alpha Centauri nach Exoplaneten in der habitablen Zone ab.

Breakthrough Watch, das globale astro­nomische Programm zur Suche nach erdähnlichen Planeten bei sonnennahen Sternen, und die Europäische Südstern­warte (ESO) berichten, dass ein neu gebautes Instrument zur Planetenentdeckung am Very Large Telescope der ESO in der chelinischen Atacama-Wüste sein erstes Licht gesehen hat. Das Instrument mit dem Namen NEAR – Near Earths in the AlphaCen Region – wurde entwickelt, um im benachbarten Sternsystem Alpha Centauri nach Exoplaneten innerhalb der habitablen Zonen seiner beiden sonnen­ähnlichen Sterne zu suchen, auf denen Wasser möglicher­weise in flüssiger Form vorhanden sein könnte.

Near wurde in den letzten drei Jahren entwickelt und in Zusammen­arbeit mit der University of Uppsala in Schweden, der University of Liège in Belgien, dem California Institute of Technology in den USA und Kampf Telescope Optics in München gebaut. Seit dem 23. Mai führten Astronomen am VLT einen zehntägigen Beobach­tungslauf durch, um die An- oder Abwesenheit eines oder mehrerer Planeten in dem Sternsystem festzustellen. Die Beobach­tungen werden heute abgeschlossen. Planeten in dem System, die doppelt so groß wie die Erde oder größer sind, wären mit der verbesserten Instru­mentierung erkennbar. Der Nah- bis Thermal­infrarotbereich ist hierbei von besonderer Bedeutung, da er der von einem Kandidaten­planeten abgestrahlten Wärme entspricht, so dass Astronomen bestimmen können, ob die Temperatur des Planeten flüssiges Wasser zulässt.

Alpha Centauri ist das nächst­gelegene Sternsystem zu unserem Sonnensystem und 4,37 Lichtjahre entfernt ist. Es besteht aus zwei sonnen­ähnlichen Sternen, Alpha Centauri A und B, sowie dem roten Zwergstern Proxima Centauri. Unser aktuelles Wissen über die Planeten­systeme von Alpha Centauri ist gering: Im Jahr 2016 entdeckte ein Team mit ESO-Instrumenten einen erdähnlichen Planeten in einer Umlaufbahn um Proxima Centauri. Aber Alpha Centauri A und B bleiben unbekannte Größen; es ist nicht klar, wie stabil solche Doppelstern­systeme für erdähnliche Planeten sind. Der vielversprechendste Weg, um festzustellen, ob sie um diese nahen Sterne herum existieren, ist der Versuch, sie zu beobachten.

Die Abbildung solcher Planeten ist jedoch eine große technische Heraus­forderung, da das Sternenlicht, das von ihnen reflektiert wird, in der Regel Milliarden Mal schwächer ist als das Licht, das direkt von ihren Mutter­sternen zu uns kommt. Die Auflösung eines kleinen Planeten in unmittelbarer Umgebung seines Sterns in einer Entfernung von mehreren Lichtjahren lässt sich mit der Beobachtung einer Motte vergleichen, die eine Straßenlaterne in Dutzenden von Kilometern Entfernung umkreist. Um dieses Problem zu lösen, starteten Breakthrough Watch und ESO 2016 eine Zusammenarbeit zum Bau eines speziellen Instruments, ein thermischer Infrarot-Koronograf, der den größten Teil des vom Stern kommenden Lichts blockiert. Er wurde so optimiert, um das von der warmen Oberfläche eines umlaufenden Planeten emittierte Infrarot­licht einzufangen und nicht die geringe Menge an Sternlicht, die er reflektiert. So wie Objekte in der Nähe der Sonne während einer totalen Sonnen­finsternis sichtbar werden, erzeugt der Koronograf eine Art künstliche Finsternis seines Zielsterns, blockiert sein Licht und ermöglicht es dadurch, deutlich schwächere Objekte in seiner Umgebung zu erkennen. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt in den Möglich­keiten zur Beobachtung dar.

Der Koronograf wurde an einem der vier Acht-Meter-Teleskope des VLT installiert, wobei das vorhandene VISIR-Instrument modifiziert und erweitert wurde, um seine Empfindlichkeit für infrarotes Licht zu optimieren, das im Zusammenhang mit potenziell bewohnbaren Exoplaneten steht. Der Koronograf wird daher in der Lage sein, nach Wärmesignaturen ähnlich denen der Erde zu suchen, die Energie von der Sonne absorbiert und im thermischen Infrarot abgibt. Near modifiziert das bestehende VISIR-Instrument in dreifacher Hinsicht und kombiniert mehrere hochmoderne astro­nomische Ingenieur­leistungen: Erstens passt es das Instrument für die Koronografie an, so dass es das Licht des Zielsterns drastisch reduzieren und damit die Signaturen potenziell erdähnlicher Planeten aufdecken kann. Zweitens verwendet es eine adaptive Optik, um den Sekundär­spiegel des Teleskops strategisch zu verformen und durch die Erd­atmosphäre bewirkte Unschärfe zu kompen­sieren. Drittens verwendet es neuartige Strategien, die auch das Rauschen reduzieren und es dem Instrument ermöglichen, schnell zwischen den Zielsternen zu wechseln, wodurch die verfügbare Teleskopzeit maximiert wird.

Pete Worden, Geschäftsführer von Breakthrough Initiatives, sagt: „Wir freuen uns, mit der ESO bei der Entwicklung, dem Bau, der Installation und dem Einsatz dieses innovativen neuen Instruments zusammen­zuarbeiten. Wenn es erdähnliche Planeten um Alpha Centauri A und B herum gibt, ist das eine bedeutende Neuigkeit für alle auf unserem Planeten.“ „Die ESO freut sich, ihr Fachwissen, ihre bestehende Infrastruktur und die Beobach­tungszeit am Very Large Telescope in das Near-Projekt einzubringen“, sagt ESO-Projektmanager Robin Arsenault. „Das ist eine wertvolle Gelegenheit, denn das Near-Experiment ist – neben seinen eigenen wissen­schaftlichen Zielen – auch ein Wegbereiter für zukünftige Instrumente zur Planeten­suche für das kommende Extremly Large Telescope“, erläutert Markus Kasper, leitender ESO-Wissen­schaftler für Near.

ESO / JOL

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