Ein Team hat gerade einen Exoplaneten mit einer neuen Methode entdeckt, die auf Einsteins spezieller Relativitätstheorie beruht.
Das Aufspüren fremder Welten stellt eine große Herausforderung dar, da sie klein, schwach und nahe an ihren Sternen sind. Die beiden produktivsten Techniken zum Auffinden von Exoplaneten sind die Radialgeschwindigkeit (Suche nach wackelnden Sternen) und die Transite (Suche nach dimmenden Sternen). Ein Team der Universität Tel Aviv und des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik (CfA) hat gerade einen Exoplaneten mit einer neuen Methode entdeckt, die auf Einsteins spezieller Relativitätstheorie beruht.
„Wir suchen nach sehr subtilen Effekten. Wir brauchten hochqualitative Messungen von Sternenhelligkeiten mit einer Genauigkeit von wenigen Teilen pro Million “, sagte Teammitglied David Latham von der CfA.
"Dies war nur aufgrund der hervorragenden Daten möglich, die die NASA mit dem Kepler-Raumschiff sammelt", fügte der Hauptautor Simchon Faigler von der Universität Tel Aviv, Israel, hinzu.
Größer anzeigen | Das Konzept dieses Künstlers zeigt, wie Kepler-76b seinen Wirtsstern umkreist, der tidal in eine leichte Fußballform verzerrt wurde (hier aus Gründen der Wirkung übertrieben). Der Planet wurde mit dem BEER-Algorithmus entdeckt, der Helligkeitsänderungen im Stern beim Umlauf des Planeten aufgrund von relativistischem BEaming, ellipsoidalen Variationen und reflektiertem Licht vom Planeten untersuchte. Bildnachweis: David A. Aguilar (CfA)
Obwohl Kepler darauf ausgelegt war, Transitplaneten zu finden, wurde dieser Planet nicht mit der Transitmethode identifiziert. Stattdessen wurde es mithilfe einer Technik entdeckt, die zuerst von Avi Loeb von der CfA und seinem Kollegen Scott Gaudi (jetzt an der Ohio State University) im Jahr 2003 vorgeschlagen wurde. (Zufällig entwickelten sie ihre Theorie beim Besuch des Institute for Advanced Study in Princeton, wo Einstein einmal gearbeitet.)
Die neue Methode sucht nach drei kleinen Effekten, die gleichzeitig auftreten, wenn ein Planet den Stern umkreist. Einsteins "strahlender" Effekt lässt den Stern aufleuchten, wenn er sich auf uns zubewegt, vom Planeten gezogen wird und sich verdunkelt, wenn er sich entfernt. Die Aufhellung resultiert aus der "Häufung" von Photonen in der Energie sowie aus der Fokussierung des Lichts in die Bewegungsrichtung des Sterns aufgrund relativistischer Effekte.
"Dies ist das erste Mal, dass dieser Aspekt von Einsteins Relativitätstheorie verwendet wurde, um einen Planeten zu entdecken", sagte Co-Autor Tsevi Mazeh von der Universität Tel Aviv.
Das Team suchte auch nach Anzeichen dafür, dass der Stern durch Gravitationswellen vom umlaufenden Planeten in eine Fußballform gebracht wurde. Der Stern würde heller erscheinen, wenn wir den „Fußball“ von der Seite betrachten, da die Oberfläche besser sichtbar und von hinten gesehen schwächer ist. Der dritte kleine Effekt war auf das vom Planeten selbst reflektierte Sternenlicht zurückzuführen.
Sobald der neue Planet identifiziert war, wurde er von Latham mithilfe von Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen bestätigt, die vom TRES-Spektrographen am Whipple-Observatorium in Arizona und vom Lev Tal-Or (Universität Tel Aviv) mithilfe des SOPHIE-Spektrographen am Haute-Provence-Observatorium in Frankreich gesammelt wurden . Ein genauerer Blick auf die Kepler-Daten zeigte auch, dass der Planet seinen Stern durchläuft, was eine zusätzliche Bestätigung darstellt.
"Einsteins Planet", früher bekannt als Kepler-76b, ist ein "heißer Jupiter", der seinen Stern alle 1,5 Tage umkreist. Sein Durchmesser ist etwa 25 Prozent größer als der von Jupiter und er wiegt doppelt so viel. Er umkreist einen Stern vom Typ F, der im Sternbild Cygnus etwa 2.000 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.
Der Planet ist tidal an seinen Stern gebunden und zeigt ihm immer dasselbe Gesicht, so wie der Mond tidal an die Erde gebunden ist. Infolgedessen brät Kepler-76b bei einer Temperatur von etwa 3.600 Grad Fahrenheit.
Größer anzeigen | Diese Grafik zeigt die Umlaufbahn von Kepler-76b um einen gelb-weißen Stern vom Typ F, der sich im Sternbild Cygnus 2000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Obwohl Kepler-76b mithilfe des BEER-Effekts identifiziert wurde (siehe oben), wurde später festgestellt, dass er einen grasenden Transit aufweist, der von der Erde aus gesehen den Rand des Sterngesichts kreuzt. Bildnachweis: Dood Evan
Interessanterweise fand das Team starke Beweise dafür, dass der Planet extrem schnelle Jet-Stream-Winde hat, die die Wärme um ihn herum transportieren. Infolgedessen ist der heißeste Punkt auf Kepler-76b nicht der substellare Punkt ("hoher Mittag"), sondern ein um etwa 10.000 Meilen versetzter Ort. Dieser Effekt wurde bisher nur einmal bei HD 189733b und nur bei Infrarotlicht mit dem Spitzer-Weltraumteleskop beobachtet. Dies ist das erste Mal, dass optische Beobachtungen Hinweise auf fremde Jetstream-Winde bei der Arbeit zeigten.
Obwohl die neue Methode mit der aktuellen Technologie keine erdgroßen Welten finden kann, bietet sie den Astronomen eine einzigartige Entdeckungsmöglichkeit. Im Gegensatz zu Radialgeschwindigkeitssuchen sind keine hochpräzisen Spektren erforderlich. Anders als bei Transiten ist keine genaue Ausrichtung von Planet und Stern von der Erde aus erforderlich.
„Jede Technik der Planetenjagd hat ihre Stärken und Schwächen. Und jede neuartige Technik, die wir dem Arsenal hinzufügen, ermöglicht es uns, Planeten in neuen Regimen zu untersuchen “, sagte Avi Loeb von der CfA.
Kepler-76b wurde durch den BEER-Algorithmus identifiziert, dessen Akronym für relativistische BEaming-, Ellipsoid- und Reflexions- / Emissionsmodulationen steht. BEER wurde von Professor Tsevi Mazeh und seinem Studenten Simchon Faigler an der Universität Tel Aviv, Israel, entwickelt.
Das Papier, das diese Entdeckung ankündigt, wurde zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen und ist online verfügbar.
Über Harvard-Smithsonian CfA