Jetzt beschäftige ich mich schon fast 10 Jahre mit Exoplaneten und bin doch immer wieder erstaunt, was clevere Kolleginnen aus etwas herauskitzeln können, was im Grunde nichts anderes als ein winziger Flecken Licht irgendwo am Nachthimmel ist. Besonders transitierende Planeten sind da ein sehr dankbares Betätigungsfeld.
Ein Transit sieht normalerweise so wie in der folgenden Abbildung aus.
Ein Planetentransit und die daraus resultierende Lichtkurve – zumindest in erster Näherung 😉
Tatsächlich ist das mit dem Transit etwas komplizierter und sieht im sichtbaren Bereich des Sternenlichtes eher so aus, wie weiter unten.
Bei einem Stern ist die leuchtende Materie sehr stark in seinem Zentrum konzentriert und außerdem nimmt die Temperatur nach außen hin erst einmal ab und leuchtet daher von sich aus nicht mehr so stark. Beides führt zu der so genannten Randverdunkelung. Daher sind die Ränder eines Transitereignisses flacher als ohne Randverdunkelung.
Eine relativ neue Methode bemüht sich darum, transitierende Exoplaten – die von der Erde aus gesehen vor ihrem Stern herziehen und ihn dabei verdecken – durch verschiedene Lichtfilter anzusehen. Licht ist – zum Glück – nicht einfach nur ein monolithisches Ding, sondern besteht aus verschiedenen Farben und tatsächlich ist es so, dass der Planetentransit oder besser gesagt der Planetenschatten in verschiedenem Licht unterschiedlich stark sein kann.
In einem bestimmten Licht sieht der Transit sogar radikal anders aus als gewohnt. Im Röntgenlicht passiert auf einmal folgendes:
Ein Transit im Röntgenlicht. Ein sonnenähnlicher Stern sendet nur in seinen alleräußersten Schichten Röntgenlicht aus. Der Kern selbst sendet kaum Röntgenstrahlung aus. Von daher ist der Kern des Sterns für dieses Licht ein Hindernis, das Licht von der ‘Rückseite’ des Sterns (von der Erde aus gesehen) blockiert, während zum Rand hin durch die verminderte Dichte immer mehr Röntgenlicht von der Rückseite durchschimmert.
Der ‘Buckel’ in der Mitte kommt dadurch zustande, dass der Planet hier einen Bereich des Sterns verdeckt (die Mitte), welche insgesamt weniger Röntgenlicht aussendet als der Rand. Aber nicht nur ist die Form des Transit etwas Besonderes. Tatsächlich ist auch die Tiefe des Transits hier aussagekräftig. Denn die Tiefe sagt uns, wie groß der Planet in diesem speziellen Licht ist.
Moment mal! Wieso sollte sich die Größe eines Planeten ändern, wenn wir ihn mit unterschiedlichem Licht vermessen?
Wenn der Planet lediglich eine Felskugel ist, dann ist die Größe und damit der Planetentransit in jeglichem Licht gleich tief. Aber wenn dieser Planet eine Atmosphäre hat und es sich gar um einen Gasriesen handelt, der fast ‘nur’ aus Gas besteht, dann sieht das Ganze anders aus. Denn dann bleibt das Licht irgendwo am Rand der Atmosphäre stecken. Unterschiedliches Licht dringt unterschiedlich weit ein und von daher ändert sich die Transittiefe. Gemeinhin würde mensch naiverweise annehmen, dass energiereiches Licht tief hineingeht als Licht mit weniger Energie. Also müsste Röntgenlicht ziemlich tief reingehen oder?
Zum Glück haben vor kurzem Katja Poppenhaeger und ihre Kolleginnen einen Durchbruch erzielt und zum ersten Mal einen transitierenden Planeten im Röntgenlicht angesehen: HD189733b.
Katja Poppenhaeger et al.
Woah, ist ganz schön verrauscht. Aber für den ersten Versuch sieht es nicht schlecht aus. Wenn die Forscherinnen das Ganze noch ein paar mal machen und vernünftig mitteln, dann wird das Signal noch deutlicher. Hier stecken übrigens bereits sechs Transitbeobachtungen drin.
Und jetzt zu den Zahlen. Im optischen Licht ist der Transit 2.6% tief, im Röntgenlicht dagegen zwischen 6-8% tief. Mit anderen Worten: Durch die Röntgenbrille betrachtet erscheint der Planet fast vier mal so groß wie im sichtbaren Licht.
Wie kommt das denn?
Um festzustellen, was mit dem Licht der Atmosphäre passiert, muss mensch sich vor Augen halten, woraus diese Luft besteht und wie diese mit dem Licht – und in diesem Fall mit dem Röntgenlicht interagiert. Es ist hier wahrscheinlich eine Wolke von ‘schweren’ Elementen der Atmosphäre wie Eisen, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, die das Röntgenlicht schlucken, dadurch energetisch stark angeregt werden und dabei ein Elektron verlieren. Dieser Effekt nennt sich photoelektrische Absorption (1). Und die Tatsache, dass das Röntgenlicht bereits so weit draußen komplett verschluckt wird, sagt uns ne ganze Menge darüber, was der arme Planet erleiden muss. Denn hier haben wir es mit einem Gasriesen zu tun, der vornehmlich aus Wasserstoff und Helium besteht. Bei sonnenähnlicher Zusammensetzung machen die eben erwähnten ‘schweren’ (ja für Astronomen ist alles schwer, was nicht Wasserstoff oder Helium ist :-)) Elemente gerade mal 0.1 – 0.001 Promille aus. Und von diesen seltenen Elementen ist so viel so weit außerhalb des Planeten, dass fast das gesamte Röntgenlicht verschluckt wird.
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