Die Vielfältigkeit von Exoplaneten im Masse-Dichte-Diagramm

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Artie P. Hatzes; Privatdozent Dr. Martin Pätzold; Professorin Dr. Heike Rauer
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 362398782

Das Masse-Dichte Diagramm ist wichtig für das Verständnis der Vielfältigkeit in der der Zusammensetzung und des Aufbaus von Exo-Planeten. Planeten mit Massen kleiner als ~0.3 MJup zeigen eine große Streuung in der mittleren Dichte. Super-Erden mit Massen von ~10 MErde , zum Beispiel, können mittlere Dichten haben, die von terrestrischen Planeten (Dichten = 5-8 gm/cm3) bis hin zu Neptun-ähnlichen Planeten (~ 2 gm/cm3) reichen. Das Verständnis dieser großen Variation in der planetaren Dichte wird Hinweise zur Entstehung und Entwicklung dieser Planeten geben. Gasriesen und Braune Zwerge, hingegen, zeigen im Masse-Dichte Diagramm eine strenge lineare Abhängigkeit ohne Unterscheidung zwischen den zwei Klassen dieser Objekte. Das Masse-Dichte Diagramm kann deshalb auch Hinweise auf die Natur von Gasriesen und Braunen Zwergen liefern. Sind dies wirklich grundsätzlich unterschiedliche Körper?Die Weltraummissionen CoRoT und Kepler lieferten Lichtkurven von Sternen mit Transit-Planeten, woraus die bisher beste Bestimmung von planetaren Radien gelang. Beide Missionen haben jedoch relativ lichtschwache Sterne beobachtet. Die Bestimmung der planetaren Masse über die Doppler-Geschwindigkeit vom Boden aus ist bei lichtschwachen Sternen sehr schwierig. Die Kepler-Nachfolgemission K2 beobachtet Sterne, die 3 Magnituden heller sind. Am Ende dieses vorgeschlagenen Projektes wird K2 ungefähr 300.000 Sterne beobachtet haben. Die Lichtkurven von K2 stehen in reduziertere Form öffentlich zur Verfügung und können hier genutzt werden. K2 wird die Anzahl der entdeckten Exo-Planeten mit präzisen Massen, Radien und mittleren Dichten stark erhöhen. Hinzu kommen Daten von NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), der ab 2018 die hellsten Sterne des Gesamthimmels nach Transitplaneten durchsuchen und so den verfügbaren Datensatz stark erweitern wird. und den vorhandenen Datensatz erweitern. Drei Institute haben für dieses Projekt ein Team gebildet, um die Lichtkurven von K2 (und TESS) auszuwerten. Dieses Team kann auf eine enorme Erfahrung aus der Arbeit im CoRoT Exoplanet Science Team (CEST) aufbauen. Wir haben Experten in der Prozessierung roher stellarer Lichtkurven von Weltraumteleskopen, in der Detektion von Transitplaneten, sowie in der Modellierung von Transitlichtkurven zur Bestimmung von planetaren Radien. Wir haben auch Experten in der stellaren Spektroskopie im Team, die die Eigenschaften der Zentralsterne bestimmen. Die Kombination dieser Expertise erlaubt die genaue Bestimmung der Planetenradien und -massen. Wir erwarten, dass diese Projekte viele Hundert Transitplaneten mit präzis bestimmter Dichte über das gesamte Spektrum des Masse-Dichte Diagramms erbringt. Diese Daten sind die Grundlage für ein besseres Verständnis der Vielfältigkeit der mittleren Dichten der Planeten mit kleinen Massen und der Natur von Gasriesen und Braunen Zwergen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1992: Exploration der Diversität extrasolarer Planeten
• Mitverantwortlich: Szilárd Csizmadia, Ph.D.