BlogArena

General blog about anything and everything of everyday's life.

04. Dec 2020

VLTI spürt exozodiakales Licht auf

Neue Herausforderung für direkte Abbildungen von Exo-Erden

Ein internationales Astronomenteam hat das Very Large Telescope Interferometer (VLTI) bis an seine Grenzen ausgereizt und exozodiakales Licht nahe an der habitablen Zone um neun nahegelegene Sterne entdeckt. Exozodiakales Licht ist Sternlicht, das von Staub reflektiert wird, der aus Kollisionen zwischen Asteroiden und der Verdampfung von Kometen resultiert. Die Anwesenheit so großer Mengen an Staub in den inneren Regionen um einige Sterne könnte in der Zukunft ein Hindernis bei der direkten Abbildung von erdähnlichen Planeten darstellen.

Die Astronomen beobachteten 92 nahegelegene Sterne mit dem Very Large Telescope Interferometer (VLTI) im nahen Infrarotlicht [1], um exozodiakales Licht von heißem Staub nahe ihrer habitablen Zonen zu untersuchen und kombinierten die neuen Daten mit früheren Beobachtungen [2]. Um neun der untersuchten Sterne konnte sehr helles exozodiakales Licht beobachtet werden, das durch das Leuchten der heißen exozodiakalen Staubkörner oder durch die Reflektion von Sternlicht an diesen Staubkörnern erzeugt wird.

Von dunklen Beobachtungsorten auf der Erde sieht das Zodiakalicht wie ein schwacher, diffuser weißlicher Schein aus, den man am Nachthimmel nach dem Ende der Abenddämmerung oder vor Beginn der Morgendämmerung sehen kann. Er wird durch die Reflektion des Sonnenlichts an kleinen Partikeln hervorgerufen und scheint sich von der Sonne aus auszubreiten. Dieses reflektierte Licht ist nicht nur von der Erde aus sichtbar, sondern kann überall im Sonnensystem beobachtet werden.

Diese fiktive Himmelsansicht von einem Planeten um einen nahegelegenen Stern zeigt das helle Leuchten von exozodiakalem Licht bis in die Milchstraße hinein. Exozodiakales Licht ist Sternlicht, das von Staub reflektiert wird, der aus Kollisionen zwischen Asteroiden und der Verdampfung von Kometen resultiert. Die Anwesenheit so großer Mengen an Staub in den inneren Regionen um einige Sterne könnte in der Zukunft ein Hindernis bei der direkten Abbildung von erdähnlichen Planeten darstellen. Image credit: ESO/L. Calçada

Diese fiktive Himmelsansicht von einem Planeten um einen nahegelegenen Stern zeigt das helle Leuchten von exozodiakalem Licht bis in die Milchstraße hinein. Exozodiakales Licht ist Sternlicht, das von Staub reflektiert wird, der aus Kollisionen zwischen Asteroiden und der Verdampfung von Kometen resultiert. Die Anwesenheit so großer Mengen an Staub in den inneren Regionen um einige Sterne könnte in der Zukunft ein Hindernis bei der direkten Abbildung von erdähnlichen Planeten darstellen. Image credit: ESO/L. Calçada

Der glimmende Schein, der in dieser neuen Studie betrachtet wird, ist eine viel extremere Version desselben Phänomens. Zwar ist dieses exozodiakale Licht – Zodiakallicht in anderen Sternsystemen – schon zuvor beobachtet worden, aber dies ist die erste große, systematische Studie dieses Phänomens um nahegelegenene Sterne.

Im Gegensatz zu früheren Messungen beobachtete das Team keinen Staub, der sich später zu Planeten zusammenklumpt, sondern Staub, der durch Kollisionen zwischen Planetenbruchstücken von einigen wenigen Kilometern Größe erzeugt wird – Objekten, die als Planetesimale bezeichnet werden und die den Asteroiden und Kometen des Sonnensystems ähnlich sind. Staub dieser Art ist auch der Ursprung des Zodiakallichts im Sonnensystem.

“Wenn wir die Entstehung der erdähnlichen Planeten nahe der habitablen Zone untersuchen wollen, müssen wir den zodiakalen Staub in dieser Region um andere Sterne herum beobachten”, sagt Steve Ertel von der ESO und der Universität von Grenoble in Frankreich, der Erstautor des Fachartikels, in dem die Studie beschrieben wird. “Das Aufspüren und Charakterisieren dieser Art von Staub um andere Sterne herum ist ein Weg, die Architektur und Entstehung von Planetensystemen zu studieren.”

Dieses Bild zeigt das Zodiakallicht in seiner vollen Pracht. Man kann es nur  dei dunklem Nachthimmel ohne Lichtverschmutzung und störendes Mondlicht als dreicksförmiges Leuchten sehen. Dieses Foto ist im September 2009 am La Silla-Observatorium der ESO in Chile entstanden, mit Blick Richtung Westen nur wenige Minuten Nach Sonnenuntergang. EIn Wolkenmeer bedeckt das Tal unterhalb von La Silla, das auf einer Höhe von 2400 Metern liegt. Einige kleinere Berggipfel ragen ebenfalls aus dem Dunst. Das Zodiakallicht ist Sonnenlicht, das an Staubpartikeln reflektiert wird, die sich zwischen Erde und Sonne befinden, und kann am besten unmittelbar vor bzw. nach Sonnenauf- bzw. Untergang beobachtet werden. Der Name impliziert bereits, dass das Leuchten immer entlang der Ekliptik auftritt, der scheinbaren Bahn der Sonne am Himmel. damit kommt es automatisch in den Sternbildern des Tierkreises zu liegen, dem Zodiak. Image credit: ESO/Y. Beletsky

Dieses Bild zeigt das Zodiakallicht in seiner vollen Pracht. Man kann es nur dei dunklem Nachthimmel ohne Lichtverschmutzung und störendes Mondlicht als dreicksförmiges Leuchten sehen. Dieses Foto ist im September 2009 am La Silla-Observatorium der ESO in Chile entstanden, mit Blick Richtung Westen nur wenige Minuten Nach Sonnenuntergang. EIn Wolkenmeer bedeckt das Tal unterhalb von La Silla, das auf einer Höhe von 2400 Metern liegt. Einige kleinere Berggipfel ragen ebenfalls aus dem Dunst. Das Zodiakallicht ist Sonnenlicht, das an Staubpartikeln reflektiert wird, die sich zwischen Erde und Sonne befinden, und kann am besten unmittelbar vor bzw. nach Sonnenauf- bzw. Untergang beobachtet werden. Der Name impliziert bereits, dass das Leuchten immer entlang der Ekliptik auftritt, der scheinbaren Bahn der Sonne am Himmel. damit kommt es automatisch in den Sternbildern des Tierkreises zu liegen, dem Zodiak. Image credit: ESO/Y. Beletsky

Die Entdeckung schwachen Staubs nahe an dem blendenden Zentralstern erfordert hochauflösende Beobachtungen mit Interferometern von hohem Kontrast. Interferometrie – die das Licht kombiniert, das genau zur selben Zeit mit mehreren Teleskopen gesammelt worden ist – durchgeführt im Infrarotlicht, ist soweit die einzige Technik, die es erlaubt, diese Art Systeme zu entdecken und zu untersuchen.

Nur indem sie das VLTI in Sachen Präzision und Effektivität bis an seine Grenzen brachten, war es dem Wissenschaftlerteam möglich, eine zehnfach bessere Leistung als alle anderen Instrumente der Welt zu erreichen.

Für jeden der untersuchten Sterne verwendete das Team die VLT-Hilfsteleskope mit 1,8 Metern Durchmesser, um Licht in das VLTI zu bringen. Wo starkes exo-zodiakales Licht vorhanden war, konnten sie auch die ausgedehnten Staubscheiben vollständig auflösen und deren schwaches Leuchten vom dominanten Licht des Sternes zu trennen [3]

Über die Analyse der Eigenschaften der Sterne, die von einer Scheibe von exozodiakalem Staub umgeben sind, fand das Team heraus, dass der meiste Staub um ältere Sterne entdeckt wurde. Dieses Resultat war sehr überraschend und wirft einige Fragen auf für unser Verständnis von Planetensystemen. Alle bekannten Mechanismen zur Staubproduktion, die von Kollisionen von Planetesimalen verursacht wird, sollte über die Zeit abnehmen, da die Anzahl der Planetesimale sich verringert, wenn sie zerstört werden.

Die Stichprobe von beobachteten Objekten umfasste auch 14 Sterne, bei denen zuvor Exoplaneten entdeckt worden waren. All diese Planeten befinden sich in derselben Region des Systems wie der Staub, der das Zodiakallicht erzeugt. Die Gegenwart von exozodiakalem Licht in Systemen mit Planeten könnte für weitere astronomische Studien von Exoplaneten problematisch sein.

Exozodiakale Staubemission, auch auf niedrigem Niveau, macht es bedeutend schwieriger, erdähnliche Planeten durch direkte Aufnahmen zu entdecken. Das exozodiakale Licht, das in dieser Studie entdeckt wurde, ist um einen Faktor 1000 heller als das Zodiakallicht, das um die Sonne herum zu sehen ist. Die Anzahl der Sterne, die Zodiakallicht auf dem Niveau des Sonnensystems aufweisen, ist sehr wahrscheinlich höher als die Anzahl, die in der Untersuchung gefunden wurde. Diese Beobachtungen sind deshalb nur ein erster Schritt zu mehreren detaillierten Studien von Exo-Zodiakallicht.

“Die hohe Entdeckungsrate auf diesem Helligkeitsniveau lässt uns vermuten, dass es eine bedeutende Anzahl von Systemen gibt, die leuchtschwächeren Staub enthalten, der mit unseren Methoden nicht mehr beobachtbar ist, aber trotzdem viel heller wäre als der zodiakale Staub des Sonnensystems”, erklärt Olivier Absil, Koautor des Artikels von der Universität Lüttich. “Die Anwesenheit solchen Staubes in vielen Systemen könnte deshalb ein Hindernis für zukünftige Beobachtungen werden, die darauf abzielen, direkte Bilder von erdähnlichen Exoplaneten zu machen.

Endnoten

[1] Das Team nutzte das VLTI-Gastinstrument PIONIER, das in der Lage ist alle vier Hilfsteleskope oder alle vier Hauptteleskope des VLT auf dem Paranal Observatorium interferometrisch zu verbinden. Dies führt nicht nur zu extrem hoher Auflösung der Ziele, sondern es erlaubt eine hohe Beobachtungseffizienz

[2] Frühere Beobachtungen wurden mit der CHARA-Anlage gemacht – einem optischen astronomischen Interferometer, das vom Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA) an der Georgia State University betrieben wird, in Kombination mit dem Glasfaser-Strahlteiler FLUOR (Fibre Linked Unit for Optical Recombination).

[3] Als Nebenprodukt haben diese Beobachtungen zur Entdeckung neuer, unbekannten stellarer Begleiter geführt, die einige der massereichsten Sterne der Untersuchung umkreisen. “Diese neuen Begleiter legen nahe, dass wir unsere gegenwärtige Annahme revidieren müssen, wie viele dieser Sterntypen wirklich Doppelsysteme sind”, sagt Lindsay Marion, Erstautorin eines zusätzlichen Artikels, das die Hauptstudie ergänzt und dabei dieselben Daten verwendet.

*Source: ESO (European Southern Observatory)

(Visited 10 times, 1 visits today)

Comments are closed.