Superflares und die Leere innerhalb der Merkurbahn

Bynaus

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Mir ist gerade ein interessanter Zusammenhang aufgefallen:

1) Das Sonnensystem ist innerhalb der Merkurbahn überraschend leer. Mindestens die Hälfte aller sonnenähnlichen Sterne hat in dieser Zone zumindest einen Planeten, meist eine ganze Reihe dicht gepackter Super-Erden und/oder Neptune. Zudem war der solare Nebel offenbar erstaunlich massenarm. Siehe: http://oklo.org/2012/11/10/the-mmen/ und das am Ende des Artikels verlinkte arxiv-Preprint.

2) Die Sonne hebt sich von anderen sonnenähnlichen Sternen dadurch ab, dass sie keine Superflares aufweist. Diese werden mit der Anwesenheit von Hot Jupiters, oder eben auch "Hot Super-Earths" in Verbindung gebracht. Siehe hier: http://news.nationalgeographic.com/...tars-planets-hot-jupiters-nasa-space-science/

Simple (leider auch anthropische) Lösung des Problems: Das Sonnensystem ist (innerhalb der Merkur-Bahn) deshalb so auffallend und un-kopernikanisch leer, weil Superflares eine tödliche Gefahr für bewohnte Planeten darstellen. Nur weil irgend ein unbekannter Prozess die Bildung eines kompakten "Innersten" Planetensystems bei der Sonne verhindert hat (oder ein solches System einst destabilisiert wurde), konnte das Leben auf der Erde überleben.

Was denkt ihr darüber? Wie könnte man einen solchen Zusammenhang belegen, und was könnte "Innerste" Planeten verhindert / zerstört haben?
 

TomTom333

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...und was könnte "Innerste" Planeten verhindert / zerstört haben?

Ich glaube bis auf ganz zu Anfang (Bevor unsere Sonne zündete) war da NIX!
Nur weil wir andere Systeme da draußen orten muss das nicht auch für uns gelten. Wir können diese kompakten System mit unserer (beschränkten) Technik viel einfacher Nachweisen. Hätten wir andere und bessere würden wir feststellen, das wir nur eine von vielen Möglichkeiten darstellen.

Glaub mir : "Wir sind ganz Normal!"
 

Bynaus

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TomTom333 schrieb:
Glaub mir : "Wir sind ganz Normal!"

Schau dir das Paper an, das ich unter 1) verlinkt habe. Wir sind eben offenbar nicht normal (zumindest, was diese Frage angeht). Mindestens 50% aller Sterne haben derart kompakte Systeme von sehr eng umlaufenden Planeten. Extrapoliert aus soliden Keplerdaten, und aus RV-Daten naher Sternsysteme. Dass wir solche Systeme einfacher nachweisen können, hat nur einen Einfluss auf ihren relativen Anteil an allen Sternen, bei denen wir Planeten kennen. Rechnet man alle Faktoren raus (z.B. Neigung der Bahn -> Transitwahrscheinlichkeit, Grösse -> Wahrscheinlichkeit, den Transit auch zu entdecken, etc.) kommt man auf die >50%.

Ich denke, ich weiss, wie man das testen könnte - man müsste zeigen können, dass ein masseärmerer Nebel eher zu einer Destabilisierung des Innersten Systems (bzw. zu einer Unterdrückung der Planetenbildung dort) führt...
 

ralfkannenberg

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Schau dir das Paper an, das ich unter 1) verlinkt habe. Wir sind eben offenbar nicht normal (zumindest, was diese Frage angeht). Mindestens 50% aller Sterne haben derart kompakte Systeme von sehr eng umlaufenden Planeten.
Hallo Bynaus,

ich bin ja vielleicht etwas konservativ, aber ich sehe einfach nicht, wie die Autoren auf diese Aussage kommen, 50% der späten F- bis späten K-Typ Sterne würden von Planeten umkreist, und diese Zahl kommt mir "gefühlsmässig" auch etwas gar hoch vor. Auch im klassischen sonnennahen Bereich (d.h. bis 5 Parsec) ist dies meines Wissens nicht der Fall.

Die Autoren beziehen sich auf das Paper The HARPS search for southern extra-solar planets XXXIV. Occurrence, mass distribution and orbital properties of super-Earths and Neptune-mass planets (Mayor, Marmier, Lovis et al.), doch ich verstehe deren Herleitung nicht: Bei 50% muss doch irgendwo ein Quotient stehen, bei dem im Nenner eine rund doppelt so grosse Zahl steht wie im Zähler. Statt dessen ist da zunächst einmal die Rede von 1650 Sternen der Südhemispäre, dann nach gewissen Auswahlkriterien verbleiben schliesslich 376 Sterne. Und am Ende haben wir noch 102 Planetensysteme.

Ich habe die Details weder gelesen geschwiege denn verstanden, dennoch würde ich gerne wissen, nach welchen Kriterien die schlussendlich ungefähr 204 Sterne, die es bei einer 50% Rate braucht, um 102 Planetensysteme zu bilden, ausgewählt wurden.

Sind es wirklich nur die späten F-, G bis hin zu den späten K-Sternen oder wurden noch weitere Einschränkungen getätigt, die mir als Laie auf den ersten (und zweiten) Blick entgangen sind ?


Freundliche Grüsse, Ralf
 
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Bynaus

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Um Missverständnisse zu vermeiden: Das Preprint auf Arxiv, auf das ich in 1) verweise, ist dieses hier: http://arxiv.org/abs/1211.1673
In diesem wird dann wiederum das Preprint erwähnt, das du verlinkt hast.

Bei diesen Abschätzungen geht es immer um "bias"-Korrekturen, man korrigiert also Faktoren heraus, die die Anzahl beobachtbarer Planeten verringern. Z.B. die Transitwahrscheinlichkeit: Wenn ich 100 Sterne betrachte, und 5 davon haben einen Transit-Planeten, der eine Transitwahrscheinlichkeit (bei zufällig gewählter Bahnneigung) von 10% hat, dann haben eben wahrscheinlich 50 der 100 Sterne einen solchen Planeten, auch wenn (oder gerade weil) wir nur 10% davon beobachten (und die Statistiken bei Exoplaneten sind mittlerweile viel besser als in diesem Beispiel).

Man muss sich im zweiten Preprint (von Mayor) mal die Tabelle 1 anschauen. Bezieht man alle Kandidaten mit ein, dann haben 75% aller Sterne einen Planeten irgend einer Masse mit einer Umlaufzeit von weniger als 10 Jahren. Diesbezüglich ist das Sonnensystem auf alle Fälle typisch. Schaut man sich die Zone mit Umlaufszeiten <100 Tage an, so haben eben rund 50% der Sterne dort einen Planeten mit einer Masse kleiner als 30 Erdmassen.

Es gibt wirklich gewaltig viele Planeten da draussen. Aber das Sonnensystem sieht anders aus als das "typische" System.
 

Bynaus

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Das müsste dir aber für dein DD-Argument mächtig stinken.

Nein, denn hier ist (wenn der von mir oben hergestellte Zusammenhang sich bestätigen sollte) anthropische Selektion am Werk: wenn das typische Sternsystem keine Beobachter hervorbringt, werden Beobachter eben nicht in einem typischen System (über alle Systeme gesehen) leben. Sie werden allerdings - mit hoher Wahrscheinlichkeit - in einem System leben, das typisch ist innerhalb der Systeme, die Beobachter hervorbringen können (ein Bruchteil aller Systeme).

Aus demselben Grund wurden wir ja auch "ausgerechnet" auf der Erde und nicht auf irgend einem Asteroiden im Kuipergürtel geboren, obwohl letzere viel häufiger sind.
 

Singularity

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Ich halte es auch für wahrscheinlich dass sich in unserem System ein Hot-Jupiter gebildet und die sonnennahe Materie aus dem Weg geräumt hat. Warum sollte sich unser Sonnensystem von den anderen so sehr unterscheiden?
Natürlich kann hinter dieser meiner Vermutung auch ein wenig der Wunsch stecken in einem "sehr belebtem" Universum zu verweilen entgegen der Vorstellung "allein" zu sein...
 

Bynaus

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Nun, man kann und soll über den Mechanismus spekulieren, der das Innerste System freigeräumt hat. Allerdings muss man immer in Erinnerung behalten, dass das an der "un-kopernikanischen" Feststellung, dass unser System offenbar nicht so besonders typisch für Planetensysteme ist, nichts ändert. Dieser Mechanismus spielt offenbar nur in seltenen Fällen.

Hot Jupiter (HJ) sind recht selten, nur etwa 1% aller Sterne haben einen. Allerdings muss das nicht heissen, dass sie deswegen nur selten entstehen, es könnte auch heissen, dass sie selten überleben... Aber ich halte es für unwahrscheinlich, dass bei den meisten Sternen ein HJ in die Sonne stürzt - sonst hätten wir eben all die kompakten Planetensysteme nicht! Zudem sollten HJs bei ganz jungen Sternen deutlich häufiger sein, und ich glaube mich zu erinnern, dass das (aus anderen Gründen) erst kürzlich getestet wurde, mit negativem Ergebnis. Trotzdem kann man diese Möglichkeit diskutieren: Was geschieht denn eigentlich mit dem Material in der Scheibe, durch das der HJ zieht? Es gab mal eine Arbeit (hier erwähnt), wonach sich danach immer noch Planeten bilden können, allerdings hätten sie deutlich mehr Wasser. Dieses Modell basiert jedoch auf der Annahme, dass der HJ durch langsame, stetige Migration auf den Stern zubewegt. Ein anderes vorgeschlagenes Modell besagt ja, dass diese Planeten durch eine exzentrische Phase gehen, wenn ihre Bahn praktisch der eines Kometen gleicht, weil sie durch den nahen Vorbeiflug an einem anderen Planeten auf eine solche Bahn gelenkt wurden - ist das mit den praktisch kreisrunden Bahnen von Jupiter und Saturn verträglich (dieses Modell kann auch erklären, warum viele HJ auf extrem geneigten Bahnen um ihre Sterne kreisen)? Und hätte eine solche Phase nicht alles Material in der Zone der terrestrischen Planeten aus dem System geworfen? Weiter: Was passiert mit der Sonne, wenn ein HJ auf sie stürzt?
 
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ralfkannenberg

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Bezieht man alle Kandidaten mit ein, dann haben 75% aller Sterne einen Planeten irgend einer Masse mit einer Umlaufzeit von weniger als 10 Jahren. Diesbezüglich ist das Sonnensystem auf alle Fälle typisch. Schaut man sich die Zone mit Umlaufszeiten <100 Tage an, so haben eben rund 50% der Sterne dort einen Planeten mit einer Masse kleiner als 30 Erdmassen.
Hallo Bynaus,

aber diese Planeten, die um 50% der Sterne laufen, sind noch nicht entdeckt, nicht wahr ?

Das ganze steht einfach im krassen Gegensatz zu den bekannten Planeten um sonnennahe Sternsysteme, die mindestens einen F-, G- oder K-Stern enthalten. Diese Liste umfasst die 108 sonnennächsten Sternsysteme. 27 von ihnen enthalten einen Weissen Zwerg oder einen A-, F-, G- oder K-Stern. Wobei die Weissen Zwerge jetzt den Kohl nicht fett machen; 4 von ihnen sind alleinstehend und einer hat noch eine rote Zwergsonne bei sich. Zudem müssen wir noch die beiden A-Sterne (Sirius und Atair) ausschliessen.

Verbleiben also 20 F-, G- oder K-Sterne.

Um nur 3 von ihnen hat man mindestens einen Planeten entdeckt, das sind die Sonne, Alpha Centauri B sowie epsilon Eridani. Und drei von 20 sind nicht 50%.

Offenbar geht man also von etwas anderem aus.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Kickaha

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Namaste,


unabhängig von der ganzen rechnerei kann man doch sagen, dass auch 30% oder 40% durchaus typisch und normal sind.

Beispiel:
Ich gehöre einer ganz besonderen Spezies an.
- Eine ganze Generation meiner Vorfahren haben nicht in Deutschland gelebt.
- Die Hälfte meiner Vorfahren hat aber in Deutschland gelebt.
- Ich bin in Indien aufgewachsen.
- Ich bin Deutscher.

Trotz der vielen Besonderheiten bin ich ganz normaler Deutscher. Ich sehe auch ganz normal deutsch aus, und inzwischen kann ich ganz normal Deutsch sprechen und schreiben (hoffe ich). :eek:

Genau so sehe ich das mit dem Planetensystem.

Nur weil wir keine Hot-Jupiter haben, und (je nach Rechenart) bis zu 50% aller F-K Sterne solche besitzen, heißt das noch lange nicht, das unser Sonnensystem ein Außenseiter ist.

Andererseits ist in der Astronomie natürlich kein politisch korrektes Verhalten gegenüber Minderheiten-Sternen nötig. :D :D


Ich selber bin davon überzeugt, das wir einzigartig im Universum sind.
Aber ebenso bin ich davon überzeugt, dass wir nicht allein sind im Universum.

In welcher Menge vernunftbegabte Wesen im Universum vorkommen kann bis heute nicht eindeutig gesagt werden.
Nicht mal die Menschheit ist unbestritten vernunftbegabt!


Gruß
Tilleke
 

Bynaus

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ralfkannenberg schrieb:
aber diese Planeten, die um 50% der Sterne laufen, sind noch nicht entdeckt, nicht wahr ?

Das ist auch gar nicht nötig. Ausser, du möchtest postulieren, dass die Planeten im Keplerfeld bevorzugt Bahnen haben, die in einer Ebene mit der Sichtlinie von der Erde zu ihrem Stern liegen... :)

Um nur 3 von ihnen hat man mindestens einen Planeten entdeckt, das sind die Sonne, Alpha Centauri B sowie epsilon Eridani. Und drei von 20 sind nicht 50%.

Bei der Sonne ist es trivial. Den Planeten bei Eps Eri würde ich nicht hinzuzählen, weil er weder weniger als 100 Tage Umlaufzeit noch weniger als 30 Erdmassen Masse hat. Er zählt jedoch zu den 75% dazu. Bei Epsilon Indi gibts einen langzeitigen Trend für einen Jupiter-Analog: http://arxiv.org/abs/astro-ph/0207512 Allerdings dürfte man diesen dann auch nicht zählen. Bei beiden Sternen weiss ich nicht, wie intensiv man bereits nach Supererden gesucht hat.

Bedenke aber: Für Alpha Cen B b brauchte es ein über 3 Jahre laufendes, nur diesem Ziel gewidmetes Projekt, bis der Planet gefunden wurde. Tau Ceti, ein weiterer naher Kandidat, sehen wir leider vom Pol her - dort werden wir nie Super-Erden finden (zumindest nicht mit RV). Bei Eps Indi, 40 Eri und 70 Oph müsste man es versuchen, aber es könnte viele Jahre dauern, bis da genügend Ergebnisse vorliegen, zumal die Sterne deutlich leuchtschwächer sind als Alpha Cen B. Supererden um sonnengrosse Sterne sind eben nicht so einfach zu finden, wenn sie nicht transitieren. Deshalb ist es viel einfacher, ein Instrument wie Kepler zu verwenden, um die Häufigkeit verschiedener Planetentypen abzuschätzen. Transits sind vergleichsweise einfach zu entdecken, und wenn man nur bei genug Sternen gleichzeitig sucht, bekommt man sehr viel schneller Ergebnisse (wieviele Planeten vom Kaliber Alpha Cen B b hat Kepler schon gefunden?). Genau aus diesem Grund sucht man - ausser bei Alpha Cen, der eine gewisse Popstar-Qualität hat - auch nicht besonders angestrengt nach Supererden um FGK-Sterne der solaren Nachbarschaft.

Kickaha schrieb:
Nur weil wir keine Hot-Jupiter haben, und (je nach Rechenart) bis zu 50% aller F-K Sterne solche besitzen, heißt das noch lange nicht, das unser Sonnensystem ein Außenseiter ist.

Wer bitte hat das behauptet? Lies genauer.

Und bitte, hier geht soll es doch nicht unbedingt um typisch oder untypisch gehen. Wenn sich jemand wegen den möglichen Implikationen für SETI oder das kopernikanische Weltbild ausweinen will, gibts sicher eine Menge Threads dazu (man könnte sogar einen entsprechenden starten...). Ich glaube, es gibt sogar den einen oder anderen Thread, wo man sich über das Doomsday-Argument beschweren kann. :)

Aber viel interessanter wäre doch, ob tatsächlich ein Zusammenhang zwischen Super-Erden, Super-Flares und der Bewohnbarkeit von Sternsystemen bestehen könnte, beziehungsweise ob die Abwesenheit von Super-Erden in unserem Planetensystem notwendig ist, um die Bewohnbarkeit des Sonnensystems bzw. unsere Existenz zu erklären.
 
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TomTom333

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Weiter: Was passiert mit der Sonne, wenn ein HJ auf sie stürzt?
Kommt auf die Sonne an Ein Stern vom Typ O, A oder B kann darüber nur lachen. Bei kleinen roten Zwergen dürfte es zu großen Eruptionen gekommen sein. Die stärke und Anzahl der Flairs muesste zu beobachten sein. Nicht zu vergessen die unbekannte Zahl der Freefloater.
 

Bynaus

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Kommt auf die Sonne an Ein Stern vom Typ O, A oder B kann darüber nur lachen.

Woher willst du das wissen? Aus meiner Sicht könnte es sein, dass ein abstürzender HJ bei allen grosse Eruptionen auslösen, oder alle darüber lachen. Warum die Grenze ausgerechnet zwischen A und F zu ziehen wäre, sehe ich nicht.
 

TomTom333

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...Warum die Grenze ausgerechnet zwischen A und F zu ziehen wäre, sehe ich nicht.

Die Grenze ist fließend. Fällt ein Staubkorn auf ein Billardkugel bewegt sich die Kugel auch kaum. Trifft aber eine Murmel im richtigem Winkel die Billardkugel ...
Die Frage ist, kann man einen solchem Flair (im Infraroten) von "normalen" Flairs unterscheiden? Zerlegt es den HJ
nicht schon vor dem Absturz durch Gezeitenkräfte. und wird er nicht so zu einer Scheibe um seinen Stern?
 

ralfkannenberg

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Das ist auch gar nicht nötig. Ausser, du möchtest postulieren, dass die Planeten im Keplerfeld bevorzugt Bahnen haben, die in einer Ebene mit der Sichtlinie von der Erde zu ihrem Stern liegen... :)

(...)

Deshalb ist es viel einfacher, ein Instrument wie Kepler zu verwenden, um die Häufigkeit verschiedener Planetentypen abzuschätzen.
Hallo Bynaus,

herzlichen Dank für Deine sehr ausführliche Antwort. Ich hatte eigentlich nur wissen wollen, ob ich da irgendetwas total verpasst habe oder ob da wirklich "nur" eine Schätzung vorliegt; rein naiverweise würde ich in nullter Näherung sogar annehmen, dass die Zahl der Planetensysteme "vergleichbar" mit der Zahl der Mehrfachsysteme (Doppelstern u.ä.) ist, das wäre also über 50%. Dass man nun die Gelegenheit nutzt und eine qualifiziertere Schätzung durchführt ist ja begrüssenswert und lässt ja auch Schlussfolgerungen zu.


Noch eine Frage zum von Dir genannten 40 Eridani: erwartest Du dort Planeten ? Ich meine, Weisser Zwerg und so, d.h. so ein Planet müsste dann vermutlich eine eher enge Bahn um 40 Eridani A haben, oder eine noch engere um 40 Eridani C.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bynaus

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TomTom333 schrieb:
Die Grenze ist fließend.

Auch das könnte man sich naiverweise vorstellen, aber menschliche Vorstellung ist nicht unbedingt ein guter Gradmesser dafür, was realistischerweise passieren wird...

Die Frage ist, kann man einen solchem Flair (im Infraroten) von "normalen" Flairs unterscheiden?

Ich weiss nicht, ob man wirklich einen Flare im Infraroten erwarten würde... Es ist nicht einmal klar, ob der HJ zuerst von Gezeitenkräften zerrissen würde, denn das hängt vom Dichteunterschied zwischen Planet und Stern ab. Wäre interessant zu sehen, ob das schonmal jemand seriös untersucht hat.

ralfkannenberg schrieb:
Noch eine Frage zum von Dir genannten 40 Eridani: erwartest Du dort Planeten ?

Ja, warum nicht? Er hat zwar einen Sternbegleiterpaar (WD + Roter Zwerg), aber dieses ist ganze 418 AU weit entfernt. Da gibts also mehr als genug Platz für ein Planetensystem. Bei BC ist es schwieriger, aber deren nächste Annäherung liegt im Bereich 21 AU, man würde also ein Planetensystem bis hinaus zu 4 - 5 AU für möglich halten. Anderseits darf man natürlich nicht vergessen, dass diese Zone ebenjene ist, die von der vormaligen Expansion des WD zum Roten Riesen am meisten betroffen war. Also vielleicht nur ein paar wenige Brocken um B? Auch bei C sollten wir ein kleines Planetensystem erwarten. Allerdings ist 40 Eri C ein variabler Stern vom UV-Ceti-Typ, wenn man sich wegen Superflares Sorgen macht, ist das keine bevorzugte Reisedestination...

http://www.solstation.com/stars/40erida3.htm
 
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