Das NASA-Weltraumteleskop Spitzer und ein Teleskop auf der Erdoberfläche haben sich zusammengetan, um einen entfernten Gasplaneten in etwa 13.000 Lichtjahren Entfernung zu finden, was ihn zu einem der entferntesten bekannten Exoplaneten macht. Die Entdeckung demonstriert, dass Spitzer mit seiner besonderen Beobachtungsposition im Weltraum verwendet werden kann, um das Rätsel zu lösen, wie die Planeten in unserer flachen, spiralförmigen Milchstraßen-Galaxie verteilt sind. Kommen sie in ihrem zentralen Bulge gehäuft vor, oder sind sie mehr über die Randbezirke verteilt?
“Wir wissen nicht, ob Planeten häufiger im zentralen Bulge unserer Galaxie oder in der galaktischen Scheibe vorkommen, deshalb sind diese Beobachtungen so wichtig”, sagte Jennifer Yee vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge (Massachusetts), Sagan-Stipendiatin der NASA. Yee ist die Hauptautorin einer von drei neuen Studien, die kürzlich im Astrophysical Journal erschienen und eine Zusammenarbeit zwischen Astronomen beschreiben, welche das Spitzer-Teleskop und das polnische Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) nutzen.
Das Warsaw Telescope von OGLE am Las Campagnas Observatory in Chile sucht den Himmel nach Exoplaneten ab, indem es eine Methode namens Microlensing verwendet. Ein Microlensing-Ereignis tritt auf, wenn ein Stern vor einem anderen vorbeizieht, wobei seine Gravitation als Linse agiert, welche das Licht des weiter entfernten Sterns verstärkt und heller macht. Wenn dieser Stern im Vordergrund zufällig einen Planeten besitzt, der ihn umkreist, dann kann der Planet ein Blinken bei der Lichtverstärkung hervorrufen.
Astronomen nutzen dieses Blinken, um Exoplaneten zu finden und zu charakterisieren, die tausende Lichtjahre entfernt im zentralen Bulge unserer Galaxie liegen, wo Sterntransits häufiger vorkommen. Unsere Sonne befindet sich in den Randbezirken der Galaxie, etwa in zwei Dritteln der Distanz zum Zentrum. Die Microlensing-Technik allein hat bisher rund 30 Exoplanetenentdeckungen hervorgebracht – die Distanz zu dem entferntesten davon beträgt ungefähr 25.000 Lichtjahre.
“Microlensing-Experimente registrieren bereits Exoplaneten in der solaren Nachbarschaft bis hinein in das Zentrum der Milchstraßen-Galaxie”, sagte Co-Autor Andrew Gould von der Ohio State University in Columbus. “Im Prinzip können sie uns auf diese Weise die relative Effizienz der Planetenentstehung in dem riesigen Gebiet der Galaxie verraten.”
Microlensing ergänzt andere Werkzeuge zur Suche nach Exoplaneten, beispielsweise die NASA-Mission Kepler, die mehr als 1.000 Planeten gefunden hat, welche näher an unserer Heimat liegen. Aber es gibt ein Schlüsselproblem: Diese Methode kann nicht immer die Distanz zu den beobachteten Sternen und Planeten genau bestimmen. Obwohl ein vorbeiziehender Stern das Licht eines weiter entfernten Sterns verstärken kann, ist er selbst nur selten sichtbar, was die Aufgabe der Entfernungsmessung zu einer Herausforderung macht. Von den knapp 30 Planeten, die bislang mit der Microlensing-Technik entdeckt wurden, kann fast die Hälfte nicht auf eine präzise Position lokalisiert werden. Das Ergebnis ist wie eine planetare Schatzkarte, auf der die markierenden Kreuze fehlen.
Dank seiner besonderen Position kann Spitzer hier aushelfen. Spitzer umkreist unsere Sonne und ist derzeit etwa 207 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Damit ist das Teleskop weiter von der Erde entfernt als die Erde von der Sonne. Wenn Spitzer ein Microlensing-Ereignis gleichzeitig mit einem Teleskop auf der Erde beobachtet, sieht es das Aufblinken zu einer anderen Zeit. Das liegt an den verschiedenen Beobachtungsstandorten und an der großen Distanz zwischen ihnen. Diese Technik wird allgemein als Parallaxe bezeichnet.
“Spitzer ist das erste Weltraumteleskop, das eine Microlensing-Parallaxenmessung für einen Exoplaneten durchführt”, sagte Yee. “Traditionelle Parallaxenmethoden mit bodengestützten Teleskopen sind auf derart große Distanzen nicht so effektiv.” Die Beobachtung von Microlensing-Ereignissen mit Weltraumteleskopen ist schwierig. Teleskope auf der Erdoberfläche alarmieren die astronomische Gemeinschaft, wenn ein Ereignis beginnt, aber die Aktivität kann schnell abklingen; im Durchschnitt dauert sie circa 40 Tage. Das Spitzer-Team hat es geschafft, Microlensing-Beobachtungskampagnen nur drei Tage nach Erhalt eines Alarms zu beginnen.
Im Fall des neu entdeckten Exoplaneten dauerte das Microlensing-Ereignis ungewöhnlich lang – etwa 150 Tage. Spitzer und das OGLE-Teleskop registrierten das verräterische Blinken in dem verstärkten Licht, wobei Spitzer es 20 Tage früher sah. Diese Zeitverzögerung zwischen der Beobachtung durch OGLE und Spitzer wurde verwendet, um die Distanz zu dem Stern und seinem Planeten zu berechnen. Seine Entfernung zu kennen, erlaubte den Wissenschaftlern auch, die Masse des Exoplaneten zu bestimmen, die etwa der halben Jupitermasse entspricht.
Spitzer hat in Zusammenarbeit mit OGLE und anderen bodengestützten Teleskopen 22 weitere Microlensing-Ereignisse verfolgt. Obwohl diese Beobachtungen keine neuen Exoplaneten gebracht haben, sind die Daten entscheidend dafür, die Populationsstatistik von Sternen und Exoplaneten im Herzen unserer Galaxie zu verstehen. Spitzer wird im kommenden Sommer annähernd 120 weitere Microlensing-Ereignisse beobachten.
“Bis jetzt haben wir hauptsächlich unsere eigene solare Nachbarschaft erforscht”, sagte Sabastiano Calchi Novati, ein Gaststipendiat am Exoplanet Science Institute der NASA am California Institute of Technology in Pasadena. “Jetzt können wir diese Mikrolinsen nutzen, um Exoplaneten als Ganzes statistisch zu erfassen und etwas über ihre Verteilung in der Galaxie zu erfahren.”
Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena (Kalifornien) leitet die Spitzer-Mission für das Science Mission Directorate in Washington. Die wissenschaftlichen Operationen werden am Spitzer Science Center des California Institute of Technology in Pasadena durchgeführt. Die technischen Operationen des Weltraumteleskops werden von der Lockheed Martin Space Systems Company in Littleton (Colorado) gesteuert. Die Daten werden am Infrared Science Archive des Infrared Processing and Analysis Center am Caltech gespeichert. Das Caltech betreibt das JPL für die NASA.
Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4550
(THK)
Antworten