Architecture of selected planetary systems: I. Stars, Planets, Planetesimals and Dust
Final Report Abstract
Das vorliegende Projekt behandelte “vollständige” Planetensysteme, welche neben dem Zentralstem sowohl planetare als auch Staubkomponenten enthalten. Das Hauptziel dieses Projektes war es, eine verständliche und zusammenhängende theoretische Analyse der Architektur von einigen, ausgewählten Planetensystemen dieser Art durchzuführen. Zusätzlich haben wir einige Systeme mit bekannten Trümmerscheiben aber ohne bekannte Planeten untersucht. Gleichzeitig wurde versucht, Trümmerscheiben um Sterne zu identifizieren, die Planeten beherbergen. Ein weiterer Teil unserer Forschung konzentrierte sich auf die Modellierung des Edgeworth-Kuiper-Gurtels (engl. EKB), der Trümmerscheibe in unserem Sonnensystem, sowie seines Staubs und seiner Wechselwirkung mit den vier äußeren Planeten. Unsere Forschung offenbarte einen synthetischen Einblick in verschiedene komplexe, planetare Systeme und deckte deren Gemeinsamkeiten wie Unterschiede, sowohl untereinander als auch mit dem Sonnensystem, auf. Dank der Daten des Herschelteleskops, welche im Rahmen des Schlüsselprojektes DUNES gesammelt wurden, liegen die Hauptfortschritte im Verständnis der Trümmerscheibenstrukturen und der Bedingungen, die an die Eigenschaften der Planetesimale in diesen Scheiben geknüpft werden können. Die Verbindung zwischen Scheiben und detektierten oder erwarteten Planeten bleibt jedoch weiterhin vage, da die vorhandenen Trümmerscheibendaten sowohl mit als auch ohne planetaren Einfluss erklärt werden konnen. Zudem erschweren Entartungen in den einzelnen Parametern der Systeme eine klare Aussage über diese Verbindung. Unsere Hauptergebnisse sind die folgenden: Wir führten eine detaillierte Analyse zirkumstellarer Systeme am Beispiel der zwei hellen Trümmerscheiben um HD 207129 und ε Eri durch und konnten verschiedene Charakteristika dieser Systeme festmachen. Anschließend verglichen wir die Ergebnisse mit denen der Systeme Wega, HR 8799, q1 Eri und HIP 17439, welche wir bereits früher untersuchten. Alle Systeme sind vergleichbar mit einer sich im Gleichgewicht befindenden Kollisionskaskade in einem engen Planetesimalring, obwohl gezeigt wurde, dass die Staubverteilung ausgedehnter ist und sich in den individuellen Systemen stark voneinander unterscheidet. Mögliche Erklärungen dieser Unterschiede und Schlussfolgerungen auf die Eigenschaften von Planetesimalen und Planeten in diesen Systemen wurden vorgeschlagen. Auf der Grundlage des WISE-Katalogs, unternahmen wir den ersten Versuch, Trümmerscheiben in Systemen mit Transitplaneten zu finden. Es konnten jedoch keine Trümmerscheiben sicher identifiziert werden. Unsere Ergebnisse legen, zusammen mit den anschließend durchgeführten Arbeiten anderer Wissenschaftler, nahe, dass, wie von der Theorie erwartet, warmer Staub in diesen Systemen selten sein muss und dies möglicherweise weitere einschränkende Anhaltspunkte fur die Entstehung und den Migrationsweg der Planeten liefert, welche sich in diesen Systemen nah am Stern befinden. Zum ersten Mal konnte gezeigt und erklärt werden, dass die Menge und Verteilung des Staubes in der EKB-Trummerscheibe sehr stark von den nicht direkt beobachtbaren sub-kilometergroßen Objekten abhängt und nicht von den größeren TNOs, welche in verschiedenen Beobachungskampagnen gefunden wurden. Als Ergebnis fanden wir einige Modelle, die vereinbar sind mit einer (fehlerbereinigten) TNO-Verteilung und die die in-situ Messungen und Daten für die thermische Emission des Staubes erfolgreich reproduzieren. Für die meisten der möglichen Modelle wurde die partielle Leuchtkraft der EKB-Staubscheibe mit ~ 10^-7 abgeschätzt. Das Maximum des Infrarotexzesses (bei 40-50 μm) betragt weniger als 1% des Photospharenflusses bei diesen Wellenlangen. Wir schlossen daraus, dass man mit heutigen Instrumenten keine EKB-Analoga finden kann. Einige Punkte unserer Forschung wurden im Rahmen von öffentlichen Vorträgen, Pressemitteilungen der Universität Jena und Veröffentlichungen in verschiedenen Onlinemedien und lokalen Zeitungen der Allgemeinheit dargebracht.
Publications
- (2011). Debris Disk Candidates in Systems with Transiting Planets. Mon. Not. Roy. Astron. Soc. Letters 418, L15–L19
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- (2011). The Cold Origin of the Warm Dust around ε Eridani. Astronomy and Astrophysics 527, A57
M. Reidemeister, A.V. Krivov, C.C. Stark, J.-C. Augereau, T. Löhne, and S. Müller
- (2012). An Improved Model of the Edgeworth-Kuiper Debris Disk. Astronomy and Astrophysics 540, A30
Ch. Vitense, A.V. Krivov, H. Kobayashi, and T. Löhne
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201118551) - (2012). Modelling the Huge, Herschel-Resolved Debris Ring around HD 207129. Astronomy and Astrophysics 537, A110
T. Löhne, J.-C. Augereau, S. Ertel, J. P. Marshall, C. Eiroa, A. Mora, O. Absil, K. Stapelfeldt, P. Thébault, C. del Burgo, W. Danchi, A.V. Krivov, J. Lebreton, G. Letawe, P. Magain, J. Maldonado, B. Montesinos, G. L. Pilbratt, G. J. White, and S. Wolf
(See online at https://doi.org/10.1051/0004-6361/201117731) - “The Edgeworth-Kuiper belt as a debris disk” (2012, Dissertation)
Christian Vitense
- “Architecture of selected full planetary systems” (2013, Dissertation)
Martin Reidemeister
