Da immer mehr Exoplaneten durch verschiedene Beobachtungsmethoden identifiziert und bestätigt werden, ist der immer noch schwer fassbare „Heilige Gral“ die Entdeckung einer wahrhaft erdähnlichen Welt… eines der Kennzeichen ist das Vorhandensein von flüssigem Wasser. Und während es wahr ist, dass Wasser bereits in den dichten Atmosphären von „heißen Jupiter“ -Exoplaneten identifiziert wurde, wurde jetzt eine neue Technik verwendet, um seine spektrale Signatur in einer weiteren riesigen Welt außerhalb unseres Sonnensystems zu erkennen - was möglicherweise den Weg für noch mehr ebnet solche Entdeckungen.
Forscher von Caltech, der Penn State University, dem Naval Research Laboratory, der University of Arizona und dem Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics haben sich in einem von der NSF finanzierten Projekt zusammengetan, um eine neue Methode zur Identifizierung des Vorhandenseins von Wasser in Exoplanetenatmosphären zu entwickeln.
Frühere Methoden stützten sich auf bestimmte Fälle, beispielsweise als die Exoplaneten - zu diesem Zeitpunkt alle „heißen Jupiter“, gasförmige Planeten, die eng um ihre Wirtssterne kreisen - gerade dabei waren, ihre Sterne von der Erde aus gesehen zu durchqueren.
Dies ist leider bei vielen extrasolaren Planeten nicht der Fall… insbesondere bei solchen, die mit der von Observatorien wie Kepler verwendeten Transitmethode nicht entdeckt wurden (oder werden).
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Daher wandten sich die Forscher einer anderen Methode zum Nachweis von Exoplaneten zu: der Radialgeschwindigkeit oder RV. Diese Technik verwendet sichtbares Licht, um die Bewegung eines Sterns auf das noch so leichte Wackeln zu beobachten, das durch das Gravitationsschleppen eines umlaufenden Planeten erzeugt wird. Doppler-Verschiebungen im Licht des Sterns zeigen eine Bewegung auf die eine oder andere Weise an, ähnlich wie der Doppler-Effekt die Tonhöhe der Hupe eines Autos im Vorbeifahren erhöht und senkt.
Anstatt sichtbare Wellenlängen zu verwenden, tauchte das Team in das Infrarotspektrum ein und bestimmte mithilfe des Nahinfrarot-Echelle-Spektrographen (NIRSPEC) am WM Keck-Observatorium in Hawaii die Umlaufbahn des relativ nahe gelegenen heißen Jupiter-Tau-Boötis b… und dabei nutzte seine Spektroskopie, um Wassermoleküle am Himmel zu identifizieren.
„Die Informationen, die wir vom Spektrographen erhalten, sind wie das Hören einer Orchesteraufführung. Sie hören die gesamte Musik zusammen, aber wenn Sie genau hinhören, können Sie eine Trompete, eine Geige oder ein Cello auswählen und wissen, dass diese Instrumente vorhanden sind “, sagte Alexandra Lockwood, Doktorandin bei Caltech und Erstautorin der Studie. „Mit dem Teleskop sehen Sie das gesamte Licht zusammen, aber mit dem Spektrographen können Sie verschiedene Teile auswählen. wie diese Wellenlänge des Lichts bedeutet, dass es Natrium gibt, oder diese bedeutet, dass es Wasser gibt. "
Frühere Beobachtungen von Tau Boötis b mit dem VLT in Chile hatten Kohlenmonoxid sowie kühlere Höhen-Temperaturen in seiner Atmosphäre identifiziert.
Mit dieser bewährten IR-RV-Technik können nun auch die Atmosphären von Exoplaneten, die sich aus unserer Sicht nicht vor ihren Sternen kreuzen, auf das Vorhandensein von Wasser und anderen interessanten Verbindungen untersucht werden.
"Wir wenden unsere effektive neue Infrarottechnik jetzt auf mehrere andere nicht durchlaufende Planeten an, die Sterne in der Nähe der Sonne umkreisen", sagte Chad Bender, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Penn State Department für Astronomie und Astrophysik und Mitautor des Papiers. "Diese Planeten sind uns viel näher als die nächsten Transitplaneten, wurden jedoch von Astronomen weitgehend ignoriert, da es schwierig oder unmöglich war, ihre Atmosphäre mit zuvor existierenden Techniken direkt zu messen."
Sobald die nächste Generation von Hochleistungsteleskopen in Betrieb ist - wie das James Webb-Weltraumteleskop, das 2018 auf den Markt kommen soll -, können mit der IR-Methode noch kleinere und weiter entfernte Exoplaneten beobachtet werden. Vielleicht hilft dies bei der bahnbrechenden Entdeckung eines Planet wie unser.
„Während der aktuelle Stand der Technik keine erdähnlichen Planeten um Sterne wie die Sonne erkennen kann, sollte es mit Keck bald möglich sein, die Atmosphäre der sogenannten 'Super-Erde'-Planeten zu untersuchen, die um nahegelegene Sterne mit geringer Masse entdeckt werden, viele davon nicht durchgehen “, sagte Geoffrey Blake, Caltech-Professor für Kosmochemie und Planetenwissenschaften. "Zukünftige Teleskope wie das James Webb-Weltraumteleskop und das 30-Meter-Teleskop (TMT) werden es uns ermöglichen, viel kühlere Planeten zu untersuchen, die weiter von ihren Wirtssternen entfernt sind und bei denen es wahrscheinlicher ist, dass flüssiges Wasser existiert."
Die Ergebnisse sind in einem Artikel beschrieben, der in der Online-Version von vom 24. Februar 2014 von veröffentlicht wurdeDie astrophysikalischen Tagebuchbriefe.
Quellen: Pressemitteilungen von Caltech und EurekAlert.
