Wie lang können die extremsten Planetensysteme überleben? Messung der Orbitverringerung von heißen Jupitern durch Gezeitenkräfte.

• Antragsteller: Dr. Alexis Smith
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446158000

Seit Jahrhunderten hat die Menschheit von Planeten jenseits unseres Sonnensystems geträumt. Diese Träume begannen 1995 mit der Entdeckung des ersten Planeten um  einen anderen sonnenähnlichen Stern Wirklichkeit zu werden. Dieser Exoplanet war sehr bemerkenswert, weil er anders aussah als alles was wir kannten. Der Planet ist ein massiver Gasriese, ähnlich wie Jupiter, aber auf einer Umlaufbahn um seinen Stern die nur 4 Tage dauert (Merkur hat eine Umlaufzeit von 88 Tagen und Jupiter ca. 12 Jahre). Seitdem wurden viele weitere Exoplaneten gefunden, manche sogar noch näher an ihrem Stern (der Rekordhalter hat eine Umlaufzeit von nur 18 Stunden). Diese Exoplaneten werden "heiße Jupiter" genannt.Eine der größten Fragen bezüglich dieser  kurzperiodischen heißen Jupiter ist, wie sie so nahe zu ihrem Stern so lange überleben können. Bei solchen Abständen treten starke Gezeitenkräfte zwischen dem Planeten und dem Stern auf. Diese Kräfte bewirken, dass der Planet Energie verliert, die an den Stern übertragen wird. Dieser Verlust an Energie aus der Planetenbahn verursacht, dass die Umlaufbahn allmählich enger wird, und der Planet sich entlang einer Spirale langsam in Richtung des Sterns bewegt bis er zerstört wird. Wir wissen allerdings nicht, wie schnell dieser Prozess der Orbitverringerung ist. Es könnte sein, dass es relativ schnell passiert, und somit heiße Jupiter nur für einige Millionen Jahren leben. Das wäre weniger als ein Prozent der Lebensdauer des Sterns. Alternativ könnte ein langsamer Tanz des Todes Milliarden Jahre dauern, und so die Lebenserwartung eines heißen Jupiters vergleichbar der seines Sterns sein. Diese Zeitskala wird durch eine Größe Q* bestimmt die beschreibt, wie effizient ein Stern im absorbieren der Energie von der Umlaufbahn eines Planeten ist. Leider wissen wir nicht, wie groß Q* ist; in der Tat variieren Schätzungen enorm, weshalb es auch große Unsicherheit über die Lebensdauer von heißen Jupitern gibt.Dieses Projekt zielt darauf ab Q* für mehrere Planetensysteme zu messen. Wir werden Exoplaneten verwenden, die transitieren. Normalerweise erwarten wir solche Transits in exakt regelmäßigen Abständen zu beobachten. Wenn die Umlaufbahn sich durch Gezeitenkräfte verringert, erwarten wir jedoch, dass die Bedeckungen immer ein klein wenig näher zusammen zu sehen sein werden. Es wird erwartet dass dieser Effekt nur einige Sekunden Verschiebung über einen Zeitraum von mehreren Jahren ausmacht. Mit modernen Teleskopen, Kameras und fortschrittlicher Datenreduktion und Modellierungstechniken ist es jedoch möglich dies zu messen.Die Bestimmung von Q* wird uns nicht nur erlauben die Lebenserwartung von heißen Jupitern, sondern auch die Zeitskalen anderer Prozesse infolge gravitativer Wechselwirkungen zwischen Stern und Planet zu bestimmen. Dies wird uns  zum Beispiel helfen zu klären, wie heiße Jupiter so nahe an ihrem Zentralsterne existieren können, obwohl wir davon ausgehen, dass sie sich weiter draußen gebildet haben müssen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1992: Exploration der Diversität extrasolarer Planeten
• Mitverantwortliche: Dr. Szilárd Csizmadia, Ph.D.; Privatdozent Dr. Martin Pätzold; Professorin Dr. Heike Rauer