Atmosphärische Charakterisierung von Exoplaneten um aktive Wirtssterne

• Antragstellerin: Privatdozentin Sara Khalafinejad, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446657087

Wir leben in aufregenden Zeiten, in denen wir Exoplaneten entdecken charakterisieren können. Ihre Zahl nimmt fast täglich zu und übertrifft derzeit 4000. Die Charakterisierung ihrer Atmosphären ist entscheidend für die Frage, ob ein Planeten geeignete Voraussetzungen für Leben bietet und liefert wichtige Informationen für die Verknüpfung zwischen der Zusammensetzung des Planeten und seiner Entwicklung. Eine der stärksten Techniken zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und der physikalischen Parameter der Atmosphären von Exoplaneten ist die Transmissionsspektroskopie.Beim heutigen Stand der bekannten Exoplanetenpopulation wie auch der Beobachtungs- und Analysetechniken haben sich bislang jedoch nur die Atmosphären weniger Objekte für eine eingehende Untersuchung als geeignet erwiesen. Eine Hauptschwierigkeit ist der Einfluß des Sterns auf die Detektierbarkeit der spektralen Signaturen der Atmosphäre. Dabei handelt es sich um die stellare Aktivität (z.B. Sternflecken und „Fackeln“), sowie stellare Effekte geometrischer Natur, wie z.B. die Mitte-Rand-Verdunkelung und der Rossiter-McLaughlin-Effekt. Daher ist es wichtig, neue Techniken zu entwickeln, die diese Effekte effizient berücksichtigen, bevor die Observatorien der nächsten Generation, wie JWST, ELT und Plato, verfügbar werden.Ich schlage vor, gleichzeitig aufgenommene Transitspektroskopie niedriger und hoher Auflösung mit Transitphotometrie zu kombinieren. Diese Methoden ergänzen sich ideal und überwinden gemeinsam die jeweiligen Mängel der Einzelmethode. Mit dieser Technik werde ich: 1) ein Verfahren entwickeln, das die störenden Beiträge des Sterns von den atmosphärischen Signalen trennt und 2) ein vollständiges Bild der Atmosphäre von den tiefsten bis zu den höchsten Schichten erhalten mit starken Einschränkungen für die physikalischen Eigenschaften der Atmosphäre, wie Teilchendichte und Höhe der Wolkenschichten. Nach der Charakterisierung einer Stichprobe von Planeten beabsichtige ich, eine vergleichende Studie zum besseren Verständnis der Entwicklung und Diversität ihrer Atmosphären durchzuführen. Zunächst werde ich bereits verfügbare Beobachtungen mehrerer heißer Jupiter analysieren. Dann werde ich, basierend auf bereits von mir geschaffenen Methoden, eine kombinierte Technik entwickeln, um Fackeln, große Sternflecken, die photosphärische Temperaturheterogenität, die Mitte-Rand-Verdunkelung und den RM-Effekt zu betrachten. Im letzten Schritt wird dann das Modellierungs-Tool petitCODE zum Einsatz kommen, mit dem sich die Eigenschaften der Atmosphären bestimmen und vergleichende Untersuchungen mit einheitlichen Methoden an einer breiten Stichprobe von Exoplaneten vornehmen lassen. Diese Technik wird der astronomischen Community als leistungsfähiges Werkzeug für zukünftige Anwendungen im Bereich der Charakterisierung von Exoplaneten geringer Masse bei (in der Regel aktiven) M-Zwergen zur Verfügung stehen sowie bei Objekten, die TESS, CHEOPS und JWST in naher Zukunft entdecken.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1992: Exploration der Diversität extrasolarer Planeten