Direkte Abbildung von Exoplaneten

Abbildung des mit dem Very Large Telescope (VLT) und dem SPHERE-Instrument im K1-Filter beobachteten Exoplaneten 51 Eridani b nach Abzug des Sternsignals mit dem Programm ANDROMEDA und der Winkeldifferenzmethode. Im nahen Infrarot ist der Stern 400 000 mal heller als der Planet (Brown-Sevilla et al. 2022).

Wolfgang Brandner

Abbildung des mit dem Very Large Telescope (VLT) und dem SPHERE-Instrument im K1-Filter beobachteten Exoplaneten 51 Eridani b nach Abzug des Sternsignals mit dem Programm ANDROMEDA und der Winkeldifferenzmethode. Im nahen Infrarot ist der Stern 400 000 mal heller als der Planet (Brown-Sevilla et al. 2022).

Wolfgang Brandner

Die direkte Abbildung von Exoplaneten ist eine Kombination aus kontrastreichen Beobachtungen und hoher Winkelauflösung. Bei den direkt abgebildeten Exoplaneten handelt es sich in erster Linie um junge und nahe Sterne.

Aufgrund ihres Entstehungsprozesses sind junge Exoplaneten noch warm, so dass sie im Infraroten selbst leuchten. Dies mindert das Problem des Kontrasts zwischen Planet und Stern im Vergleich zu älteren (und kühleren) Planeten, die nur im reflektierten Licht ihres Wirtssterns erkennbar sind.

Bei Bahnabständen von 10 bis zu einigen 100 Astronomischen Einheiten wird der Energiehaushalt der Atmosphären junger, direkt abgebildeter Exoplaneten von der internen Entropie und nicht - wie bei näher gelegenen Exoplaneten - von der Strahlung des Wirtssterns bestimmt.

APEx-Forscher suchen nach Antworten zu einer Reihe von Fragen:

Planetenentstehung: Stimmen die Modelle für den heißen, warmen oder kalten Beginn am besten mit dem beobachteten Abkühlungsalter der Planeten überein?
Stimmt die atmosphärische Zusammensetzung mit der Gleichgewichtschemie überein? Gibt es Hinweise auf eine Temperaturinversion im vertikalen Druck-Temperatur-Profil von Exoplanetenatmosphären?
Wie ist die Wolkenbedeckung und -zusammensetzung? Gibt es Hinweise auf Wetter- und Rotationsveränderungen bei der Umdrehung des Planeten um seine Achse?
Welche Orbitalparameter und Massen von Exoplaneten lassen sich aus der astrometrischen Beobachtung mehrerer Epochen ableiten?
Entstehung und dynamische Entwicklung von Planetensystemen: Sind die Drehachsen eines Exoplaneten, seines Wirtssterns und der Planetenbahn zueinander ausgerichtet oder nicht?

Die APEx-Wissenschaftler nutzen boden- und weltraumgestützte Teleskope für ihre direkten Abbildungsstudien von Exoplaneten. Bodengestützte Teleskope der 8- bis 10-Meter-Klasse und das Very Large Telescope Interferometer mit seiner 100-Meter-Basislinie bieten eine feinere beugungsbegrenzte Winkelauflösung als weltraumgestützte Teleskope wie HST und JWST. Weltraumgestützte Teleskope ermöglichen im Allgemeinen stabilere Beobachtungsbedingungen und spektrale Beobachtungsfenster in Wellenlängenbereichen, die von der Erdatmosphäre blockiert werden.