Das Studium der Exoplaneten hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, was zum großen Teil der Kepler-Mission zu verdanken ist. Aber diese Mission hat ihre Grenzen. Für Kepler und andere Technologien ist es schwierig, Regionen in der Nähe ihrer Sterne abzubilden. Mit einem neuen Instrument namens Vortex Coronagraph, das am Keck Observatory in Hawaii installiert ist, können Astronomen nun protoplanetare Scheiben betrachten, die sich in unmittelbarer Nähe der Sterne befinden, die sie umkreisen.
Das Problem beim Betrachten von Staubscheiben und sogar Planeten in der Nähe ihrer Sterne ist, dass Sterne so viel heller sind als Objekte, die sie umkreisen. Sterne können milliardenfach heller sein als die Planeten in ihrer Nähe, so dass es fast unmöglich ist, sie im Schein zu sehen. "Die Kraft des Wirbels liegt in seiner Fähigkeit, Planeten sehr nahe an ihrem Stern abzubilden, was wir für erdähnliche Planeten noch nicht tun können", sagte Gene Serabyn vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA. "Der Wirbelkoronagraph kann der Schlüssel sein, um die ersten Bilder eines hellblauen Punktes wie unseres aufzunehmen."
"Die Kraft des Wirbels liegt in seiner Fähigkeit, Planeten sehr nahe an ihrem Stern abzubilden, was wir für erdähnliche Planeten noch nicht tun können." - Gene Serabyn, JPL.
"Der Wirbelkoronagraph ermöglicht es uns, in die Regionen um Sterne zu blicken, in denen sich angeblich Riesenplaneten wie Jupiter und Saturn bilden", sagte Dmitri Mawet, Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA und Caltech, beide in Pasadena. „Bisher konnten wir uns nur Gasriesen vorstellen, die viel weiter draußen geboren wurden. Mit dem Wirbel können wir Planeten sehen, die so nah an ihren Sternen umkreisen wie Jupiter an unserer Sonne oder zwei- bis dreimal näher als bisher möglich. “
Anstatt wie andere Methoden zur Betrachtung von Exoplaneten das Licht von Sternen zu maskieren, lenkt der Wirbelkoronagraph das Licht von den Detektoren weg, indem er Lichtwellen kombiniert und diese aufhebt. Da es keine okkulte Maske gibt, kann der Wirbelkoronagraph Bilder von Regionen aufnehmen, die viel näher an Sternen liegen als andere Koronagraphien. Dmitri Mawet, Forscher, der den neuen Koronagraph erfunden hat, vergleicht ihn mit dem Auge eines Sturms.
"Das Instrument wird als Wirbelkoronagraph bezeichnet, da das Sternenlicht auf einer optischen Singularität zentriert ist, die am Ort des Sternbildes ein dunkles Loch erzeugt", sagte Mawet. „Hurrikane haben eine Singularität in ihren Zentren, in denen die Windgeschwindigkeiten auf Null fallen - das Auge des Sturms. Unser Wirbelkoronagraph ist im Grunde das Auge eines optischen Sturms, in den wir das Sternenlicht senden. “
Die Ergebnisse des Wirbelkoronagraphen werden in zwei Artikeln (hier und hier) vorgestellt, die im Januar 2017 im Astronomical Journal veröffentlicht wurden. Eine der Studien wurde von Gene Serabyn von JPL geleitet, der auch Leiter des Keck-Wirbelprojekts ist. Diese Studie präsentierte das erste direkte Bild von HIP79124 B, einem Braunen Zwerg, der 23 AE von seinem Stern entfernt ist, in der sternbildenden Region namens Scorpius-Centaurus.
„Die Fähigkeit, sehr nah an Sternen zu sehen, ermöglicht es uns auch, nach Planeten um weiter entfernte Sterne zu suchen, wo die Planeten und Sterne näher beieinander erscheinen würden. Die Fähigkeit, entfernte Sterne auf Planeten zu untersuchen, ist wichtig, um sich noch bildende Planeten zu fangen “, sagte Serabyn.
"Die Fähigkeit, entfernte Sterne auf Planeten zu untersuchen, ist wichtig, um sich noch bildende Planeten zu fangen." - Gene Serabyn, JPL.
Die zweite der beiden Wirbelstudien zeigte Bilder einer protoplanetaren Scheibe um den jungen Stern HD141569A. Dieser Stern hat tatsächlich drei Scheiben, und der Koronagraph konnte ein Bild des innersten Rings aufnehmen. Die Kombination der Wirbeldaten mit Daten aus den Missionen Spitzer, WISE und Herschel zeigte, dass das planetbildende Material in der Scheibe aus kieselgroßen Olivinkörnern besteht. Olivin ist eines der am häufigsten vorkommenden Silikate im Erdmantel.
"Die drei Ringe um diesen jungen Stern sind wie russische Puppen verschachtelt und unterliegen dramatischen Veränderungen, die an die Planetenbildung erinnern", sagte Mawet. "Wir haben gezeigt, dass Silikatkörner zu Kieselsteinen agglomeriert sind, die die Bausteine von Planetenembryonen sind."
Diese Bilder und Studien sind nur der Anfang für den Wirbelkoronagraph. Es wird verwendet, um viele weitere junge Planetensysteme zu betrachten. Insbesondere werden Planeten in der Nähe von sogenannten „Frostlinien“ in anderen Sonnensystemen untersucht. Dies ist die Region um Sternensysteme, in der es kalt genug ist, damit Moleküle wie Wasser, Methan und Kohlendioxid zu festen, eisigen Körnern kondensieren können. Aktuelle Überlegungen besagen, dass die Frostlinie die Trennlinie zwischen felsigen Planeten und Gasplaneten ist. Astronomen hoffen, dass der Koronagraph Fragen zu heißen Jupitern und heißen Neptunen beantworten kann.
Heiße Jupiter und Neptune sind große gasförmige Planeten, die sich sehr nahe an ihren Sternen befinden. Astronomen möchten wissen, ob sich diese Planeten in der Nähe der Frostgrenze gebildet haben und dann nach innen zu ihren Sternen gewandert sind, weil es ihnen unmöglich ist, sich so nahe an ihren Sternen zu bilden. Die Frage ist, welche Kräfte haben sie veranlasst, nach innen zu wandern? "Mit etwas Glück könnten wir Planeten auf dem Weg durch die planetbildende Scheibe fangen, indem wir uns diese sehr jungen Objekte ansehen", sagte Mawet.
