Die Suche nach extrasolaren Planeten

Die Gravitationslinsenmethode

Diese Methode macht sich eine Eigenschaft des Universums zunutze, die von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde: schwere Objekte krümmen die Raumzeit. Das hat sogar Auswirkungen auf vorbeifliegendes Licht. Denn in der Nähe eines schweren Himmelskörpers werden Lichtwellen zum Objekt hin abgelenkt, da das Licht der gekrümmten Raumzeit folgt. Das Gravitationsfeld einer großen Masse wirkt also wie eine Sammellinse (siehe Abbildung unten).

Dieser Effekt wurde zum ersten Mal 1919 englischen Astrophysiker Sir Athur Eddington während einer Sonnenfinsternis nachgewiesen.

Das Licht eines Hintergrundobjekts (Quellobjekt) wird durch ein Objekt mit großer Masse (Linsenobjekt), wie bei einer Sammellinse gebeugt. Dadurch entstehen zwei oder mehr Bilder des Hintergrundobjekts. Diese Bilder können aber zu Linien, Bögen oder Ringen (Einsteinringen) verzerrt sein. Gleichzeitig wird die Helligkeit verstärkt (Wikipedia).

1979 wurde das erste Mal dieser Gravitationslinseneffekt bei einem Quasar (sehr weit entfernte aktive Galaxie) beobachtet. Eine zwischen diesem Quasar und der Erde liegende Galaxie, lenkte das Bild so stark ab, dass der Beobachter zwei Bilder ein und desselben Objektes durch sein Teleskop beobachten konnte. Inzwischen wurden viele mitunter spektakuläre Beispiele für Gravitationslinsen gefunden (siehe Bild unten).

Beispiel für den Gravitationslinseneffekts. Der Galaxienhaufen Abell 2218 aufgenommen vom Hubble Space Telescope. Das Zentrum des Haufens liegt etwa links unten. Es verzerrt das Licht der dahinterliegenden Objekte zu kreisförmigen Bögen. Rechts oben erkennt man eine weitere Massenansammlung, die ebenfalls von einem Lichtbogen umgeben ist. Da die Ablenkung des Lichtes stark von der Masse des ablenkenden Körpers abhängt, können Astronomen auf diese Art und Weise auch die Masse des Linsenobjektes bestimmen.

Gravitationslinsen wirken in vierfacher Hinsicht auf das Licht:

• sie lenken es ab, so dass die beobachtete Position des dahinter liegenden Objektes nicht mit der beobachteten übereinstimmt.
• sie verzerren die Form des Bildes zu Bögen oder Einsteinringen
• sie erzeugen zwei oder mehr Bilder des dahinterliegenden Objektes
• und sie verstärken die Helligkeit des Quellobjektes.

Letzteres machen sich Astronomen beim Nachweis von extrasolaren Planeten zu Nutze. Denn wenn ein Stern, der als Gravitationslinse dient, von einem extrasolaren Planeten umkreist wird, kann sich der Planet als zusätzliche Linse fungieren und führt dann zu einer kurzfristigen zusätzlichen Verstärkung des Lichtes. Dabei entstehen typische Verstärkungsspitzen (siehe Bild unten).

Schematische Darstellung des Nachweisverfahrens bei der Gravitationslinsen-Methode, die auch "Microlensing" genannt wird. Ein Stern kann für ein dahinter liegendes Objekt als Linse fungieren. Wenn dieser Linsenstern von einem Planeten umkreist wird, wirkt der Planet zeitweise als zusätzlicher Verstärker. In diesem Fall steigt die Helligkeit des Hintergrundobjektes kurzzeitig steil an, wie das Helligkeitsprofil oben zeigt. (OGLE)

Einige Programme wie OGLE, MACHO und MOA beobachten tausende von Sternen in Richtung des galaktischen Zentrums und der großen magellanschen Wolke, um nach solchen Ereignissen zu suchen. Dabei wurden bereits einige Planeten mit der Gravitationslinsenmethode gefunden, z.B. OGLE-235-MOA53, OB 05- 07 b,  OGLE-05-169L b und  OGLE-05-390L  b. Letzterer ist gerade einmal 5,5 Erdmassen groß und einer der kleinsten bisher entdeckten extrasolaren Planeten.

Die Gravitationslinsenmethode hat allerdings zwei große Nachteile:

• Der Planet ist nur ein einziges Mal für Wochen "sichtbar".
• Oft lässt sich nicht genau bestimmen, wie weit der Planet von seinem Zentralstern entfernt ist.

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