NASA-Raumteleskop Roman sucht bei 100 Millionen Sternen nach neuen Welten

Besonders spannend an der Mission ist, wohin sie blicken wird.

Die meisten sich voraussichtlich in Regionen der Milchstraße befinden, die üheren Exoplaneten-Suchen kaum beachtet wurden. „Unsere Galaxie beherbergt eine Vielzahl unterschiedlicher Umgebungen, doch wenn es darum geht, nach Exoplaneten zu suchen, haben wir bisher wirklich nur einen Bereich erforscht: unsere eigene Nachbarschaft", sagte Elisa Quintana, Exoplaneten-Forscherin am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland.

Quintana leitet ein Team, das Software und Simulationen entwickelt, um die Beobachtungen vorzubereiten. „Roman wird die Suche weit genug ausdehnen, um andere galaktische Habitate einzuschließen, was uns helfen könnte zu verstehen, wie die Planetenentstehung in verschiedenen Regionen der Milchstraße variiert." Die meisten bekannten Exoplaneten umkreisen Sterne innerhalb weniger tausend Lichtjahre wird viel weiter blicken.

Eine der primären Durchmusterungen des Teleskops

Eine der primären Durchmusterungen des Teleskops wird Sterne im dicht gepackten zentralen Bulge der Milchstraße untersuchen und bis zu den äußeren Regionen auf der gegenüberliegenden Seite der Galaxie reichen. Die Suche nach neuen Welten in der Galaxie Roman wird Millionen Helligkeitsänderungen Ausschau halten.

Eine Methode besteht darin, leichte Abschwächungen des Sternenlichts zu erfassen, wenn ein Planet vor seinem Mutterstern vorbeizieht. Diese Ereignisse werden als Transits bezeichnet.

Ein weiterer Ansatz stützt sich auf ein Phänomen namens Mikrolinseneffekt, bei dem die Schwerkraft eines Sterns und seiner Planeten das Licht eines weiter entfernten Sterns vorübergehend verstärkt und ihn heller erscheinen lässt. Jede Methode eignet sich besonders gut zur Entdeckung unterschiedlicher Planetentypen.

Technik und Auswirkungen

Mit der Transitmethode wird erwartet, dass Roman etwa 100.000 Planeten findet. Diese Technik funktioniert besonders gut für große, extrem heiße Planeten, da sie mehr Sternenlicht blockieren und häufiger vor ihrem Stern vorbeiziehen. Der Mikrolinseneffekt soll mehr als 1.000 zusätzliche Planeten aufdecken.

Er ist besonders nützlich zur Entdeckung, die weiter, einschließlich Planeten mit Anordnungen, die denen unseres eigenen Sonnensystems ähnlicher sind. Da der Mikrolinseneffekt den gravitativen Einfluss eines Planeten kann, kann er Welten bis hin zu der Größe der Erde oder des Mars nachweisen.

Die Technik kann zudem Planeten innerhalb der bewohnbaren Zone eines Sterns und sogar noch weiter entfernt finden. Viele dieser fernen Welten sind mit anderen Methoden kaum zu entdecken und bleiben weitgehend unerforscht jenseits unseres Sonnensystems.

Gemeinsam werden die Transit- und Mikrolensing-Erhebungen

Gemeinsam werden die Transit- und Mikrolensing-Erhebungen ein umfassenderes Bild davon liefern, wie sich Planeten im gesamten Milchstraßensystem bilden und entwickeln – auch in der Region, in der sich unser eigenes Sonnensystem möglicherweise gebildet hat.

Erforschung der kosmischen Ursprünge der Erde Heute befindet sich das Sonnensystem etwa 27.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt. Wissenschaftler gehen davon aus, dass es sich vor etwa 10.000 Lichtjahren näher am galaktischen Zentrum gebildet hat und sich dann allmählich nach außen zu seiner heutigen Position bewegt hat.

Hinweise auf diese Migration stammen vor allem aus der chemischen Zusammensetzung der Sonne. Astronomen bezeichnen alle Elemente schwerer als Wasserstoff und Helium als schwere Elemente. Wasserstoff und Helium entstanden kurz nach dem Urknall, während die schwereren Elemente in Sternen gebildet wurden.

Mit dem Leben und Sterben immer

Mit dem Leben und Sterben immer neuer Sternengenerationen nehmen diese schweren Elemente an Häufigkeit zu. Sterne in den äußeren Bereichen der Milchstraße enthalten im Allgemeinen weniger schwere Elemente. Im Gegensatz dazu sind Sterne im galaktischen Bulge tendenziell älter und reicher an Elementen wie Silizium, Sauerstoff und Magnesium.

Diese chemischen Unterschiede können einen erheblichen Einfluss auf die Planeten haben, die sich um diese Sterne bilden.

Einige Planetensysteme könnten größere Planeten, felsigere Welten oder insgesamt eine andere Anzahl bereits Hinweise darauf gefunden, dass die chemische Zusammensetzung. „Sterne mit einem höheren Anteil schwerer Elemente beherbergen tendenziell mehr Planeten, insbesondere Gasriesen", sagte Robby Wilson, Postdoktorand am NASA-Goddard-Institut, der eine Studie zur erwarteten Anzahl Roman-Weltraumteleskop leitete.

Was die Studie zeigt

Durch die Untersuchung völlig anderer Stern- und Planetenpopulationen kann Roman das Verständnis der Wissenschaftler darüber erheblich vertiefen, wie häufig Planetensysteme wie das unsere in der gesamten Galaxie sind. „Roman wird besonders leistungsfähig sein, da er Hunderte wird, was es Wissenschaftlern ermöglicht, die Populationen ferner Planeten mit denen in der Nähe zu vergleichen", sagte Wilson. „All diese Daten werden uns eine Menge zum Durchforsten bieten, daher bereiten wir uns vor, indem wir synthetische Daten erstellen, simulierte Planeten detektieren und maschinelles Lernen einsetzen, um Falschpositive zu filtern.

Auf diese Weise werden wir sofort einsatzbereit sein, sobald die echten Daten hereinströmen." Alle öffentlich zugänglich sein, sodass sowohl professionelle Astronomen als auch Citizen Scientists an der Suche nach neuen Welten teilnehmen können.

Untersuchung ßerirdischem Wetter und Atmosphären Neben der Entdeckung könnte Roman zudem Informationen über die Atmosphären liefern. „Roman wird Atmosphären nicht in derselben vertieften Weise analysieren wie Missionen wie das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, aber es wird auf einem viel größeren Maßstab unterschiedliche Informationen sammeln", sagte Wilson.

Technik und Auswirkungen

Während Teleskope wie das James-Webb-Weltraumteleskops sich auf detaillierte chemische Untersuchungen einzelner Planeten konzentrieren, wird das Roman-Weltraumteleskop breitere atmosphärische Trends über Tausende in der Lage sein, Temperaturen, Klimamuster und andere atmosphärische Eigenschaften in einem Maßstab zu vergleichen, der zuvor nie möglich war.

Die Infrarotinstrumente des Teleskops werden besonders nützlich sein, um sogenannte heiße Jupiter zu untersuchen. Diese Gasriesen sind ähnlich groß wie Jupiter, der etwa elfmal so breit wie die Erde ist, und umkreisen ihre Sterne jedoch nur in wenigen Tagen. Ihre hohen Temperaturen führen dazu, dass sie nachweisbare Infrarotstrahlung abgeben.

Wenn ein heißer Jupiter vor seinem Stern vorbeizieht, beobachten Astronomen einen Helligkeitsabfall.

Technik und Auswirkungen

Ein zweiter, kleinerer Helligkeitsabfall tritt auf, wenn sich der Planet hinter dem Stern befindet und sein eigenes Licht vorübergehend blockiert wird. „Dieser sekundäre Helligkeitsabfall verrät uns, wie hell – und damit wie heiß – der Planet ist", sagte Wilson.

Indem Roman die Veränderungen der Helligkeit des Planeten über seine Umlaufbahn verfolgt, kann es zudem Unterschiede zwischen Tag- und Nachthälfte erkennen und sogar Verschiebungen der heißesten Region auf dem Planeten detektieren. Dies gibt uns Aufschluss über atmosphärische Winde und die Wärmekreisläufe.

Aufbau der nächsten Exoplaneten-Revolution Astronomen glauben, dass Roman einen ähnlichen Einfluss haben könnte wie das NASA-Weltraumteleskop Kepler, das die Exoplanetenforschung vor mehr als einem Jahrzehnt revolutionierte. „Die mittlerweile zurückgezogene Kepler-Mission der NASA hat vor über einem Jahrzehnt mit ihrer Untersuchung von 100.000 Sternen das Feld der Exoplaneten revolutioniert und uns gelehrt, dass Planeten in unserer Galaxie sogar noch häufiger sind als Sterne", sagte Jorge Martínez-Palomera, ein Astronom am NASA-Goddard, der bei der Vorbereitung auf die Exoplanetendaten Bulge-Survey wird etwa 100 Millionen Sterne beobachten und unerforschte Bereiche unserer Galaxie untersuchen.

Dies wird einen grundlegenden Datensatz liefern, der ebenso unser Wissen über andere Welten und unsere Stellung im Universum revolutionieren wird.