06.03.2023 • AstronomieAstrophysik

Quantitative Spektroskopie von Sternen mit Planeten

Genaue Werte von 54 spektroskopischen Parametern sollen Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Sterne und ihrer Planeten zeigen.

Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam und die Vatikanische Sternwarte haben sich zusammen­getan und mehr als tausend helle Sterne spektro­skopisch untersucht, die vermutlich Planeten beherbergen. Das Team präsentiert jetzt genaue Werte für 54 spektro­skopische Parameter pro Stern vor und veröffentlicht alle Daten für die wissen­schaftliche Gemein­schaft. Die beispiellos große Anzahl von Parametern ist für die Unter­suchung der Zusammen­hänge zwischen den Eigen­schaften der Sterne und ihren möglichen Planeten unerlässlich.

Abb.: Das STELLA-Obser­va­to­rium auf Teneriffa. Die Dächer sind geöffnet...
Abb.: Das STELLA-Obser­va­to­rium auf Teneriffa. Die Dächer sind geöffnet und die beiden Tele­skope sind bereit für die Beob­ach­tung. (Bild: AIP)

„Da sich Sterne und ihre Planeten gemeinsam bilden, stellte sich die Frage, ob das Vor­handen­sein bestimmter chemischer Elemente in einer Stern­atmo­sphäre oder ihr Isotopen- oder Häufigkeits­verhältnis auf ein Planeten­system hinweist“, erklärt Klaus Strassmeier vom AIP, der Leiter der Untersuchung. Die Mengen verschiedener chemischer Elemente in einem Stern könnten darauf hindeuten, dass der Stern terrestrische Planeten hat. Auch für das Alter der Planeten und dass der Stern einige seiner Planeten verschluckt hat, können die Stern­spektren verraten, so die Hypothese. Das muss weiter untersucht werden und die nun veröffent­lichten Daten bilden die Grundlage dazu.

Von den über fünf­tausend bestätigten Exoplaneten wurden 75 Prozent mit dem Transiting Exoplanet Survey Satellite TESS der NASA aufgespürt. Dabei wurden mehr Exoplaneten in den Bereichen des Himmels gefunden, die am weitesten von der Ekliptik entfernt sind. Die Durch­musterung von Sternen innerhalb dieser Region wird als Vatican-Potsdam Northern Ecliptic Pole bezeichnet. Die Durch­musterung konzentrierte sich auf das reich­haltigste Beobachtungs­feld von TESS, einem Himmels­bereich, der etwa 4000-mal so groß ist wie der Vollmond.

Alle etwa 1100 darin enthaltenen Sterne, die möglicher­weise von Planeten umgeben sind, wurden untersucht. Bis zu 1,5 Stunden Teleskop­zeit waren pro Stern nötig, um genug Licht für ein einziges hochwertiges Spektrum einzufangen. Da jeder Stern mehrmals beobachtet wurde, dauerte es fünf Jahre, bis die Durch­musterung abgeschlossen war.

Die Beobachtungen bedienten sich der Teleskope an zwei Standorten: In Arizona kam das Vatican Advanced Technology Telescope des Vatikan-Observa­toriums zum Einsatz und leitete das Licht zum Spektrographen des AIP, dem Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument PEPSI weiter. Auf Teneriffa nutzte das STELLA-Observatorium des AIP den STELLA-Echelle-Spektro­graphen, um das Licht von Riesensternen mit geringerer, aber immer noch hoher Präzision einzufangen.

Die Spektren enthüllen Elemente, die zu jenen gehören, die am schwierigsten zu beobachten sind. Häufigkeits­verhältnisse von Elementen wie Kohlenstoff zu Eisen oder Magnesium zu Sauerstoff geben Hinweise auf die Existenz und das Alter von sonst unsicht­baren Gesteins­planeten. „Es wird noch einige Zeit dauern, bis die Daten der Durch­musterung voll­ständig ausgewertet sind“, betont Strassmeier. „Aber wir erwarten, dass wir bald weitere Entdeckungen bekannt geben können.“

AIP / RK

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