Wechselwirkungen zwischen Planeteninnerem und Atmosphäre und die Vielfalt detektierter sub-Neptune

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Heike Rauer, seit 7/2020; Dr. Nicola Tosi
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 362466810

Das Forschungsfeld der extrasolaren Planeten hat eine unerwartet große Vielfalt an planetaren Körpern entdeckt, die anhand von Studien des Sonnensystems nicht vorhersehbar gewesen ist. Nach der erstaunlichen Entdeckung von sogenannten heißen Jupitern, die in einem so geringen Abstand zum Stern beobachtet worden sind, dass ihre Entstehung dort ausgeschlossen werden kann, hat die Erkenntnis, dass eine klare Grenze zwischen Gesteins- und Gasplaneten nicht vorhanden ist, unser Verständnis der Formations- und Entwicklungsprozesse von Planeten revolutioniert. Ein eher kontinuierlicher Übergang zwischen Gesteins- und Gasplaneten konnte für Planeten kleiner und leichter als Neptun (sub-Neptune, mit M<20M_Erde und R<4R_Erde) durch unabhängige Messungen der Planetenradien und Massen ausgemacht werden. Die sich daraus ergebenden mittleren Dichten können durch eine Vielzahl von inneren Aufbaumöglichkeiten realisiert sein, die einen eisenhaltigen Kern, einen Gesteinsmantel, eventuell ein Eisschicht, und eine mehr oder weniger ausgedehnte Atmosphäre beinhalten können. Somit lässt sich die genaue Aufteilung der unterschiedlichen Komponenten durch Masse- und Radiusmessungen allein nur schwer einschränken.Die Atmosphären dieser Planeten können sich auf verschiedene Weisen gebildet haben, beispielsweise durch die Akkretion von Gas aus der protoplanetaren Scheibe, durch Sublimation von Eis, oder durch Ausgasung aus dem Planeteninneren. Ziel dieses Projekts ist es, herauszustellen für welche bekannten sub-Neptune Ausgasungen aus dem Gesteinsmantel aufgrund von Schmelzprozessen und Vulkanismus im Prinzip möglich sind. Eine wichtige Rolle im Projekt wird hierbei auch die Untersuchung spielen, inwieweit Wechselwirkungen zwischen Planeteninnerem und -atmosphäre, Einfluss auf den gemessen Radius des Planeten haben können. Um diese Punkte zu untersuchen werden wir Modelle für den inneren Aufbau, für die thermische Entwicklung des Planeteninneren, unter Berücksichtigung von Ausgasungsprozessen, als auch Atmosphärenmodelle erweitern und auf bekannte Planeten im Masse-Radius Bereich von sub-Neptunen anwenden. Modellierungen des inneren Aufbaus stellen den Ausgangspunkt sowohl für die Modellierung der thermischen Entwicklung und der Ausgasungsprozesse, als auch für die der atmosphärischen Struktur und Zusammensetzung. Verlustprozesse, welche die Atmosphärenmasse stark beeinflussen können, werden in Zusammenarbeit mit Kollaborationspartnern berücksichtigt. Die Wechselwirkung zwischen Planeteninnerem und Atmosphäre wir schlussendlich durch die Kopplung der Modelle realisiert. Die Ergebnisse der detaillierten Untersuchungen werden mit den ursprünglichen Ergebnissen aus dem inneren Aufbau verglichen um zu zeigen, welche Prozesse für den Radius der Planeten eine Rolle spielen können. Im Idealfall können so innere Aufbaumöglichkeiten ausgeschlossen werden und so die Eigenschaften des Planeten eingeschränkt werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1992: Exploration der Diversität extrasolarer Planeten
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Mareike Godolt, bis 7/2020