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Planetensuche mit Gravitationswellen
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
astronews.com
9. Juli 2019
Mit dem geplanten weltraumgestützte
Gravitationswellen-Observatorium LISA könnten sich auch Exoplaneten aufspüren
lassen. Nach einer neuen Studie sollte LISA nämlich in der Lage sein, massereiche ferne
Welten aufzuspüren, die um einen Weißen Zwerg kreisen. Möglich würde dies durch
die Auswertung der Dopplerverschiebung des Gravitationswellensignals.
Künstlerische Darstellung von
Gravitationswellen, die durch ein kompaktes Paar
Weißer Zwerge, umkreist von einem Planeten mit
der Masse des Jupiters, erzeugt werden.
Bild: Simonluca Definis [Großansicht] |
In den letzten zwanzig Jahren haben wir sehr viel über Exoplaneten gelernt:
Mehr als 4000 Planeten, die viele verschiedene Sterne umkreisen, wurden
entdeckt. Bisher basieren die Methoden zum Auffinden und Charakterisieren dieser
Systeme auf elektromagnetischer Strahlung und beschränken sich auf unsere
nächste kosmische Nachbarschaft und einige Bereiche unserer Galaxie.
Mithilfe der Gravitationswellen-Astronomie könnten sich aber die bisherigen
Einschränkungen überwinden lassen, wie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut/AEI)
in Potsdam und des französischen Centre de Recherche CEA Saclay jetzt
berichten.
"Wir schlagen eine Methode vor, die mittels Gravitationswellen Exoplaneten
findet, die ein Paar Weißer Zwerge umrunden", sagt AEI-Wissenschaftler Nicola
Tamanini. Weiße Zwerge sind sehr alte, kleine Überreste von Sternen, die einst
unserer Sonne ähnelten. "LISA wird Gravitationswellen von Tausenden von
Doppelsystemen Weißer Zwerge messen. Wenn ein Planet ein solches Paar umkreist,
wird das beobachtete Gravitationswellenmuster anders aussehen als das von einem
ohne Planeten. Diese charakteristische Veränderung der Gravitationswellenformen
wird es uns ermöglichen, Exoplaneten zu entdecken."
Das neue Verfahren nutzt die Dopplerverschiebung des
Gravitationswellensignals, die durch die Anziehungskraft des Planeten auf die
Weißen Zwerge entsteht. Diese Technik ist das Gravitationswellen-Analogon der
Radialgeschwindigkeitsmethode, einer Technik, mit der Exoplaneten mit
herkömmlichen elektromagnetischen Teleskopen entdeckt werden können. Der Vorteil
der Gravitationswellen besteht jedoch darin, dass sie nicht von der Aktivität
der Sterne und damit verbundenen Helligkeitsschwankungen beeinflusst werden, die
Entdeckungen im elektromagnetischen Bereich behindern können.
Tamanini und seine Kollegin Dr. Camilla Danielski vom CEA/Saclay zeigen in
ihrer Studie, dass die bevorstehende ESA-Mission LISA (Laser Interferometer
Space Antenna), die 2034 gestartet werden soll, jupiterschwere Exoplaneten um
Doppelsysteme Weißer Zwerge überall in unserer Galaxie nachweisen kann. Damit
werden die Messgrenzen elektromagnetischer Teleskope überwunden, die nur über
kürzere Distanzen beobachten können. Aufzuspüren sein sollten Planeten mit
mindestens 50 Erdmassen.
Die Autoren betonen, dass LISA das Potenzial haben wird, solche Exoplaneten
auch in nahegelegenen Galaxien nachzuweisen. Das könnte möglicherweise zur
Entdeckung des ersten extragalaktischen Exoplaneten führen. "LISA wird auf eine
Population von Exoplaneten treffen, die noch überhaupt nicht untersucht wurde",
erklärt Tamanini. "Aus theoretischer Sicht spricht nichts gegen die Anwesenheit
von Exoplaneten um enge Doppelsysteme Weißer Zwerge."
Wenn diese Systeme existieren und LISA sie findet, werden den
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Daten zur Verfügung stehen, mit
denen sie die Theorie der Planetenentstehung weiter verbessern können. Sie
werden die Bedingungen, unter denen ein Planet die Rote-Riesen-Phase der
Sternentwicklung überleben kann, besser verstehen und auch die Existenz einer
zweiten Generation von Planeten testen. Das sind Planeten, die sich nach der
Phase als Roter Riese bilden.
Spürt LISA keine Exoplaneten auf, die Doppelsternsysteme aus Weißen Zwergen
umkreisen, lassen sich daraus Grenzen für die Endphase der Planetenentwicklung
in unserer Milchstraße formulieren.
Über ihre Ergebnisse berichten Tamanini und Danielski in einem Fachartikel,
der in Nature Astronomy erschienen ist.
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