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Jagd nach Exoplaneten: Erste wissenschaftliche Ergebnisse des CARMENES-Surveys

26. Oktober 2017

CARMENES ist ein neuer hochauflösender deutsch-spanischer Spektrograph am 3,5m-Teleskop des Calar Alto-Observatoriums, der mit sichtbarem wie auch mit infrarotem Licht arbeitet. Das Hauptziel von CARMENES ist es, erdähnliche Planeten bei nahen M-Zwergsternen zu finden. Dazu weist man mittels hochpräziser stellarer Radialgeschwindigkeitsmessungen die Bewegungen dieser Sterne nach, die durch umlaufende Planeten verursacht werden.

Die im Sprachgebrauch übliche Beschreibung, dass ein Planet seinen Stern umkreist, ist nur die halbe Wahrheit. Denn weil auch ein Planet eine Masse hat, bewegen sich genau genommen beide Objekte um den gemeinsamen Massenschwerpunkt. Doch die Massen der Sterne sind viel größer, als die ihrer Planeten. Deshalb sind die Bewegungen der betroffenen Sterne äußerst gering. Diese verraten sich aber durch kleine periodische Verschiebungen (sog. Doppler-Verschiebungen) der Absorptionslinien in den Spektren solcher Sterne. Und Carmenes ist genau das geeignete Instrument, um diese Verschiebungen zu messen!

<em>Oben: CARMENES-Doppler-Messungen für GJ 1148 zusammen mit einem angepassten N-Körper-Modell, bestehend aus zwei exzentrischen Planeten mit Saturnmasse und Umlaufszeiten von 41.4 Tagen und 532.6 Tagen. Unten: Abweichungen der Messungen vom Modell. Für die Existenz der Planeten GJ 1148 b und c sprechen auch unabhängige hochauflösende Doppler-Messungen mit HIRES. Das exzentrische Zwei-PlanetenSystem um GJ 1148 ist über lange Zeiträume dynamisch stabil und stellt eine neue Herausforderung für Theorien der Enstehung und dynamischen Entwicklung von Planetensystemen bei Sternen geringer Masse dar.</em> Bild vergrößern
Oben: CARMENES-Doppler-Messungen für GJ 1148 zusammen mit einem angepassten N-Körper-Modell, bestehend aus zwei exzentrischen Planeten mit Saturnmasse und Umlaufszeiten von 41.4 Tagen und 532.6 Tagen. Unten: Abweichungen der Messungen vom Modell. Für die Existenz der Planeten GJ 1148 b und c sprechen auch unabhängige hochauflösende Doppler-Messungen mit HIRES. Das exzentrische Zwei-PlanetenSystem um GJ 1148 ist über lange Zeiträume dynamisch stabil und stellt eine neue Herausforderung für Theorien der Enstehung und dynamischen Entwicklung von Planetensystemen bei Sternen geringer Masse dar. [weniger]

Die Objektliste des CARMENES-Projekts enthält ca. 300 Objekte, welche überwacht werden, um erdähnliche Planeten zu finden, die diese Zwergsterne in ihren habitablen Zonen umlaufen, wo die Bedingungen günstig für das Vorhandensein von flüssigem Wasser und möglicherweise auch Leben sind. Als „habitable Zone“ bezeichnet man den Abstand zu einem Stern, bei dem die Temperaturen auf Planeten weder extrem hoch noch extrem niedrig sind.

Das ehrgeizige Projekt ist eine Zusammenarbeit von 11 Instituten in Deutschland und Spanien, die ungefähr 200 Ingenieure und Wissenschaftler umfasst, welche für das optische, mechanische und elektronische Design des Instruments und für dessen Bau verantwortlich sind, wie auch für die Datenreduktion und die wissenschaftliche Auswertung. Als Ergebnis dieses Gemeinschaftsprojekts hat CARMENES seit Januar 2016 mehr als 15.000 hochpräzise Doppler-Messungen im Sichtbaren und im nahen Infrarot gesammelt und einen substanziellen Beitrag zu unserem Wissen über die massearmen Sterne in der Sonnenumgebung geliefert.

Die ersten wissenschaftlichen Ergebnisse, die auf Daten aus der garantierten Beobachtungszeit des CARMENES-Projekts basieren, wurden von einer Studie erbracht, bei der das MPIA federführend war, und die kürzlich von Trifonov et al. (2017) veröffentlicht wurde. In dieser Studie wurden sieben bekannte Planetensysteme bei M-Zwergen untersucht, die vormals mit den Spektrographen Keck/HIRES und ESO/HARPS beobachtet worden waren und für die entweder ein einzelner planetarer Begleiter oder sogar ein System mehrerer Planeten gefunden wurde. Diese bereits gut untersuchten Sterne boten eine ausgezeichnete Gelegenheit auszutesten, ob der im sichtbaren Licht arbeitende Kanal von CARMENES für die Entdeckung von Planeten geeignet ist und um die Genauigkeit seiner Radialgeschwindigkeitsmessungen mit derjenigen von führenden Spektrografen wie HIRES und HARPS zu vergleichen.  

Aufgrund der neuen CARMENES-Daten wie auch der Literatur-Daten konnte die wahrscheinliche Entdeckung von GJ 1148c (Abb. 1) und GJ 15Ac berichtet werden, beides zusätzliche Planeten von Saturnmasse in ihrem jeweiligen Planetensystem. Abgesehen von diesen zwei neuen Kandidaten wurden beinahe alle bekannten Planeten bei den untersuchten Sternen bestätigt und deren Keplerorbits und deren dynamische Eigenschaften besser charakterisiert. Die einzige Ausnahme ist GJ 15Ab. Hier führt die neue Studie zu der Schlussfolgerung, dass weder die präzisen CARMENES-Daten noch weitere HIRES-Daten, die nach der Ankündigung der angeblichen Entdeckung aufgenommen wurden, Hinweise auf den Planeten enthalten, so dass nur noch der neue Planetenkandidat GJ 15Ac für diesen Stern in Betracht kommt. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass der optische Kanal von CARMENES eine Genauigkeit erreicht, die derjenigen von HARPS entspricht und die von HIRES übertrifft. Die Autoren der Studie schlussfolgern, dass der optische Kanal von CARMENES ein „state- of-the-art“ Instrument ist, das geeignet ist, möglicherweise erdähnliche, felsige Planeten um massearme Sterne zu entdecken.

Referenz: Trifonov et al. 2017, A&A in press, arXiv:1710.01595

Siehe auch: Pressemitteilung zum Carmenes First Light (Dezember 2015)

 
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