Warum freuen sich Astronomen über das erste direkt erhaltene sichtbare Lichtspektrum - oder eine Reihe von sichtbaren Farben im Regenbogen -, das von der Oberfläche eines Exoplaneten reflektiert wird?
Künstlerkonzept von 51 Pegasi b - manchmal inoffiziell Bellerophon genannt. Bild über Dr. Seth Shostak / SPL.
Am 22. April 2015 gaben die Astronomen in Chile bekannt, dass sie 51 Pegasi b - a einsetzen, um Exoplaneten zu erforschen heißer Jupiter, etwa 50 Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung unseres Sternbilds Pegasus, um erstmals ein Spektrum von sichtbarem Licht, das von der Oberfläche eines Exoplaneten reflektiert wird, direkt zu erfassen. Sie sind aufgeregt! Und hier ist warum.
Der Exoplanet 51 Pegasi b wird für immer in Erinnerung bleiben, als der erste bestätigte Exoplanet, der einen gewöhnlichen Stern wie unsere Sonne umkreist. Das war im Jahr 1995, und jetzt wurden mehr als 1900 Exoplaneten in 1200 Planetensystemen bestätigt, und Milliarden mehr werden in unserer Milchstraße vermutet.
Das Sammeln von Lichtspektren ist ein mächtiges Werkzeug für Astronomen. Mit diesem Tool können die Astronomen schließlich feststellen, welche chemischen Elemente in der Atmosphäre von Exoplaneten wie 51 Pegasi b vorhanden sind.
Und so das zuerst Die direkte Erfassung eines sichtbaren Lichtspektrums von einem Exoplaneten ist ein wunderbarer Schritt. Das legt es nahe Mehr Solche Entdeckungen werden folgen, ebenso wie die Entdeckung von Tausenden weiterer Exoplaneten die Entdeckung von 51 Pegasi b. Dies bedeutet, dass unsere Technologie so weit fortgeschritten ist, dass die direkte Erfassung von Spektren des sichtbaren Lichts von Exoplaneten möglich ist. Das ist aufregend, nicht nur, weil Astronomen wissen wollen, was da draußen ist (Spektren können einige physikalische Eigenschaften der Exoplaneten aufdecken), sondern auch, weil wir eines Tages möglicherweise Exoplanetenspektren verwenden, um die ersten Biosignaturen zu erkennen - Lebenszeichen oder zumindest Anzeichen dafür, dass das Potenzial besteht denn das Leben existiert - aus exoplaneten Atmosphären.
Diese Ankündigung kommt übrigens in der gleichen Woche, in der die NASA eine große neue Initiative für gemeinsame Anstrengungen zur Suche nach Exoplaneten im Leben angekündigt hat. Lesen Sie hier mehr über die neue Initiative der NASA namens NExSS.
Vor dieser neuen direkten Erfassung eines sichtbaren Lichtspektrums von einem Exoplaneten konnten Astronomen Exoplanetenatmosphären nur untersuchen, wenn der Exoplanet und sein Stern in Bezug auf die Erde ausgerichtet waren, so dass wir den Exoplaneten-Transit vor seinem Stern erfassen konnten. Lesen Sie mehr über diese Art von Studien der Astronomin Sara Seager am MIT.
Gegenwärtig besteht die am weitesten verbreitete Methode zur Untersuchung der Atmosphäre eines Exoplaneten darin, das Spektrum des Wirtssterns zu beobachten, wie es während eines Transits des Planeten vor seinem Stern durch die Atmosphäre des Planeten gefiltert wird. Diese Technik ist als Transmissionsspektroskopie bekannt.
Das funktioniert natürlich nur, wenn der Planet und sein Stern so auf die Erde ausgerichtet sind, dass Transite möglich sind. Da Transitbeobachtungen derzeit eine der Hauptmethoden zur Erkennung von Exoplaneten darstellen, funktioniert die Technik mit vielen der bekannten Exoplaneten, es handelt sich jedoch um eine sehr einschränkende Technik, die nur für spezifisch ausgerichtete Exoplanetensysteme funktioniert.
Die neue Technik von 51 Pegasi b, die manchmal inoffiziell als Bellerophon bezeichnet wird, hängt nicht davon ab, einen Planetentransit zu finden. Mit dieser Technik können möglicherweise viele weitere Milliarden von Exoplaneten untersucht werden, von denen angenommen wird, dass sie in unserer Milchstraßengalaxie existieren.
Die Astronomen, die direkt ein Spektrum des von 51 Pegasi b reflektierten Lichts erhalten hatten, erwähnten in ihrer am 22. April veröffentlichten Erklärung keine Biosignaturen. Diese zukünftigen Biosignaturstudien werden von den Astronomen diskutiert, sind aber noch am Horizont.Stattdessen erklärte der portugiesische Astronom Jorge Martin, derzeit Doktorand am European Southern Observatory (ESO) in Chile und Leiter der neuen 51 Pegasi b-Studie:
Diese Art der Detektionstechnik ist von großer wissenschaftlicher Bedeutung, da sie es uns ermöglicht, die reale Masse und die Bahnneigung des Planeten zu messen, die für ein umfassenderes Verständnis des Systems unerlässlich sind. Es erlaubt uns auch, das Reflexionsvermögen oder die Albedo des Planeten abzuschätzen, die verwendet werden können, um die Zusammensetzung sowohl der Oberfläche als auch der Atmosphäre des Planeten abzuleiten.
Dies sind die Ergebnisse, die sie zu diesem Zeitpunkt durch diese spezielle Beobachtung tatsächlich erzielen konnten. Es wurde festgestellt, dass Pegasi b eine Masse hat, die etwa halb so groß ist wie die von Jupiter und eine Umlaufbahn mit einer Neigung von etwa neun Grad zur Erdrichtung. Der Planet scheint auch im Durchmesser größer als Jupiter zu sein und stark reflektierend. Dies sind typische Eigenschaften für einen heißen Jupiter, der seinem Mutterstern sehr nahe ist und intensivem Sternenlicht ausgesetzt ist.
Das Team verwendete das HARPS-Instrument am 3,6-Meter-ESO-Teleskop am La Silla-Observatorium in Chile für die Beobachtung von 51 Pegasi b. Sie sagten, HARPS sei für ihre Arbeit von wesentlicher Bedeutung, aber auch die Tatsache, dass ihre Ergebnisse mit dem ESO-3,6-Meter-Teleskop erzielt wurden, das „mit dieser Technik nur einen begrenzten Anwendungsbereich hat“, ist eine aufregende Nachricht für Astronomen. Bestehende Geräte wie dieses werden von viel weiterentwickelten Instrumenten größerer Teleskope, wie dem Very Large Telescope von ESO und dem zukünftigen European Extremely Large Telescope, übertroffen. Der Astronom Nuno Santos, Mitautor der Studie, sagte:
Wir warten nun gespannt auf das erste Licht des ESPRESSO-Spektrographen auf dem VLT, damit wir dieses und andere Planetensysteme genauer untersuchen können.
Der Blog Exoplanetology beschreibt, wie Sie bei 51 Pegasi b ‘exogazen’ können. Cool, ja?
Fazit: Astronomen haben das erste direkt sichtbare Lichtspektrum von einem Exoplaneten, 51 Pegasi b, erhalten, der etwa 50 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Sie verwendeten ihre Beobachtungen, um eine präzisere Masse (die Hälfte der Jupitermasse) und Umlaufbahnneigung (9 Grad in Bezug auf die Erdrichtung) zu finden, und äußerten ihre Aufregung über einige der überzeugenden Ergebnisse, die später zu erwarten sind, wenn die Spektren der Exoplaneten größer sind routinemäßig erhalten und untersucht.