Illustration des Wackelns eines Sterns im Weltraum. (Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF) Die Suche nach Exoplaneten in unserer Galaxie ist ein äußerst wichtiges Unterfangen. Je mehr Exoplaneten wir finden, desto besser können wir unser eigenes Sonnensystem verstehen – und wie Leben im Universum entsteht. Bisher wurden über 4.000 Exoplaneten bestätigt – aber eine neue Entdeckung könnte die Suche erweitern und uns helfen, Exoplaneten zu finden, die sich bisher als zu schwer zu entdecken erwiesen haben.
Der neu entdeckte Exoplanet mit einer Masse, die mit der des Saturn vergleichbar ist, umkreist einen sehr kleinen, kühlen Roten Zwerg, der genau an der unteren Massengrenze für Hauptreihensterne liegt und etwa 35 Lichtjahre entfernt ist. Es sind jedoch nicht nur der Planet und der Stern, die hier so bahnbrechend sind.
Das Besondere an dieser Entdeckung ist, wie Astronomen mithilfe eines Radioteleskops die Bewegung des Sterns durch die Milchstraße verfolgten und die schlängelnde Bewegung in dieser Bewegung identifizierten, die entsteht, wenn der Stern von einem ihn umkreisenden Exoplaneten gravitativ beeinflusst wird. Diese sehr knifflige Leistung wird als astrometrische Technik bezeichnet und ist das erste Mal, dass sie erfolgreich mit einem Radioteleskop eingesetzt wird.
Künstlerische Darstellung des TVLM 513-46546-Systems. (Luis A. Curiel Ramirez)
Die Verwendung eines Orbitalwackels zur Erkennung eines Exoplaneten ist keine neue Idee. Sie sehen, das Orbitalzentrum eines Planetensystems liegt nicht in der Mitte des Sterns. Vielmehr umkreisen alle Körper im System einen gemeinsamen Schwerpunkt, den sogenannten Schwerpunkt. Der Schwerpunkt des Sonnensystems ist beispielsweise knapp außerhalb der Sonnenoberfläche , hauptsächlich aufgrund des Gravitationseinflusses von Jupiter und Saturn.
Wenn wir andere Sterne mit massereichen, eng umlaufenden Exoplaneten betrachten, kann dieser Effekt daran erkannt werden, wie die Lichtwellenlängen gestreckt oder gestaucht werden, wenn sich der Stern bewegt. Diese Nachweistechnik wird Doppler-Spektroskopie oder Radialgeschwindigkeitsmethode genannt und ist eine der gebräuchlichsten Methoden zum Auffinden von Exoplaneten.
Die astrometrische Technik ist etwas anders. Die Sterne der Milchstraße sind nicht im Weltraum fixiert; Sie bewegen sich durch die Galaxie, und die Untersuchung dieser Bewegung wird Astrometrie genannt. Anstatt Änderungen in Wellenlängen zu nutzen, sucht die astrometrische Technik nach Abweichungen von einer geraden Bewegungslinie.
Mit dieser Methode lassen sich Exoplaneten erkennen, die mit der Doppler-Spektroskopie nicht möglich sind, etwa Exoplaneten, die auf größeren Umlaufbahnen um ihre Sterne kreisen.
„Unsere Methode ergänzt die Radialgeschwindigkeitsmethode, die empfindlicher auf Planeten reagiert, die sich in engen Umlaufbahnen bewegen, während unsere empfindlicher auf massereiche Planeten in weiter vom Stern entfernten Umlaufbahnen reagiert.“ sagte die Astrophysikerin Gisela Ortiz-Leon des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Deutschland.
„Tatsächlich haben diese anderen Techniken nur wenige Planeten gefunden, deren Eigenschaften wie Planetenmasse, Umlaufbahngröße und Wirtssternmasse denen des von uns gefundenen Planeten ähneln.“ „Wir glauben, dass das VLBA und die Astrometrietechnik im Allgemeinen viele weitere ähnliche Planeten aufdecken könnten.“
Die VLBA ist die Sehr langes Basislinien-Array , ein Netzwerk aus 10 Funkantennen, die weit über die USA verteilt sind. Ab Juni 2018 verfolgte das Forschungsteam unter der Leitung des Astronomen Salvador Curiel von der Nationalen Autonomen Universität Mexiko 18 Monate lang einen kleinen Stern namens TVLM 513-46546 anderthalb Jahre lang durch den Weltraum geflogen.
Eine sorgfältige und sorgfältige Analyse der Daten ergab, dass sich der Stern nicht in einer vollkommen geraden Linie bewegte, sondern eher auf einer schlangenförmigen Bahn. Die Periodizität und Amplitude des Wackelns offenbarte einen Planeten auf einer Umlaufbahn von 221 Tagen und zwischen 38 und 46 Prozent der Masse des Jupiter – etwas massereicher als Saturn, der etwa 30 Prozent der Masse des Jupiter ausmacht.
„Riesenplaneten wie Jupiter und Saturn dürften in der Nähe kleiner Sterne wie diesem selten sein, und die astrometrische Technik eignet sich am besten, um jupiterähnliche Planeten in weiten Umlaufbahnen zu finden, daher waren wir überrascht, einen Saturn-ähnlichen Planeten mit geringerer Masse zu finden.“ Planet in einer relativ kompakten Umlaufbahn. „Wir erwarteten, einen massereicheren Planeten, ähnlich dem Jupiter, in einer größeren Umlaufbahn zu finden.“ sagte Curiel .
Die astrometrische Technik wird häufiger zur Untersuchung von Doppelsternen verwendet, deren Gravitationswirkung aufeinander viel ausgeprägter ist als die Wirkung eines Planeten auf einen Stern. Bisher wurde die astrometrische Technik nur einmal angewendet Entdecken Sie einen Exoplaneten (obwohl es daran gewöhnt ist Erforschen Sie bereits bekannte Exoplaneten ), und noch nie zuvor mit einem Radioteleskop.
Anfang des Jahres kündigte jedoch eine andere Gruppe von Wissenschaftlern den ersten Einsatz eines Radioteleskops zur Entdeckung eines Exoplaneten an. Es geschah nicht durch Astrometrie, sondern durch Erkennen der Zirkularpolarisation von Radiowellen erzeugt durch die Bewegung eines Planeten durch das Magnetfeld eines Roten Zwergs.
Obwohl die Entdeckung für Curiels Team eine ziemliche Herausforderung darstellte, bestätigt ihr letztendlicher Erfolg das Versprechen sowohl der Radioteleskope als auch der astrometrischen Technik, Planeten zu finden, die andere Techniken übersehen.
Das Gaia-Teleskop untersucht derzeit die Milchstraße und erstellt die bisher detaillierteste und genaueste astrometrische Karte der Galaxie; Es wird erwartet, dass diese Daten die astrometrische Erkennung von Exoplaneten mit einem geschätzten Ergebnis völlig auf den Kopf stellen werden Zehntausende der kommenden Entdeckungen von Exoplaneten.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astronomische Journal .