Neue Erkenntnisse zu Sternen und ihren Planetensystemen durch stellares Flackern
Das SPIRou (SpectroPolarimètre InfraRouge), ein hochauflösendes Infrarot-Instrument am Canada-France Hawaii Telescope (CFHT) auf dem Gipfel des Vulkans Mauna Kea, Hawaii, dient zur Beobachtung von Planetensystemen um kleine Sterne nahe dem Sonnensystem. Diese Sterne haben etwa ein Drittel bis ein Zehntel der Sonnenmasse und sind weniger hell, da sie kälter als die Sonne sind, und werden als Rote Zwerge bezeichnet. „Wenn wir das Licht einfangen wollen, müssen wir sie im Infrarotbereich untersuchen, also haben wir dieses Infrarot-Instrument entwickelt“, erklärt der Projektkoordinator von NewWorlds Jean-François Donati, Forschungsleiter am Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) in Frankreich. Das Projekt NewWorlds wurde über den Europäischen Forschungsrat finanziert. Etwa 80 % der Sterne nahe dem Sonnensystem sind Rote Zwerge. „Wenn wir die Planetensysteme in unserer Nähe verstehen wollen, müssen wir diese Sterne beobachten. Das geht nur mit einem Infrarot-Instrument effizient“, so Donati.
Stellares Flackern als Anzeichen für Planeten
Das SPIRou-Instrument wurde im Projekt entworfen und konstruiert und beruht auf hochpräziser Velocimetry, um die Radialgeschwindigkeit zu erfassen. In Kombination mit Infrarot-Spektropolarimetrie, mit der Schwankungen der Magnetfelder von Sternen erfasst und kartiert werden, kann so winziges Flackern erkannt werden. Dieses Flackern kann ein sehr genaues Anzeichen für Planeten im Orbit in fernen Sternen Systemen sein. „Die Planeten selbst sind nicht sichtbar, sondern die Auswirkungen des Planeten auf den Stern. Der Stern reagiert auf die Anziehungskraft der rotierenden Planeten, wodurch es zu einem Flackern kommt“, sagt Donati. Bisher konnte das Team mit dem stellaren Flackern etwa 10 neue Planeten rund um Rote Zwerge erkennen. „Das ist nicht einfach, denn kleinere Sterne haben auch kleinere Planeten, die ein sehr geringes Flackern auslösen“, berichtet Donati.
Bereinigung der Daten zum Flackern
„Das Problem ist, dass die Sterne genau wie die Sonne extrem aktiv sind. Sie haben große Flecken und Magnetfelder, die auch Flackern erzeugen, das von dem Flackern durch Planeten abgegrenzt werden muss.“ „Diese Herausforderung haben wir im sichtbaren Bereich mit zahlreichen Instrumenten gemeistert, aber noch nicht im Infrarotbereich“, fährt er fort. Mit Mehrfachbeobachtungen konnte das planetare Flackern von anderer Aktivität unterscheiden werden. „Das planetare Flackern konnten wir meist über längere Zeiträume beobachten, Hunderte Male über 2-3 Jahre.“ Das Team erkannte auch Sterne mit besonderen Aktivitätsformen, die noch erforscht werden müssen. „Diese Sterne wiesen merkwürdige Magnetfelder auf, die wir nicht erwartet haben“, erklärt Donati.
Beobachtungen über Zeit
Magnetfelder haben im Universum Auswirkungen auf die Formung massearmer Sterne und ihrer Planeten und beeinflussen die Entstehung der Lebensbedingungen. Dank der vielen Beobachtung seit der Installation des SPIRou in Hawaii im Jahr 2019 konnte das Team mehrere Planeten rund um Rote Zwerge charakterisieren in der Hoffnung, letztendlich bewohnbare erdähnliche Planeten außerhalb des Sonnensystems zu finden. Mit SPIRou wurde die Entstehung junger Sterne und ihrer Planeten beobachtet, die auch in anderen EU-finanzierten Projekten wie GASP und SACCRED erforscht werden. Mit einer langen Beobachtungsreihe kann laut Donati die Entstehung von Planetensystemen erklärt werden. Er verweist auf eine große Entdeckung aus dem Projekt: „Es scheint, dass Planeten mit einer Dichte entstehen, die der im Sonnensystem ähnelt.“ „Wir erkennen Planeten mit einer ähnlichen Dichte wie der Neptun, was wir nicht erwartet hatten. Wir hatten größere Planeten erwartet.“
Schlüsselbegriffe
NewWorlds, SPIRou, Planeten, Planetensysteme, Hawaii-Teleskop, Rote Zwerge, Infrarot-Instrument, Velocimetry, Spektropolarimetrie, junge Sterne, Neptun