Entdeckung, Bestätigung und Charakterisierung von Mehrplanetensystemen mit der Methode der Transit Time Variation

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Martin Pätzold
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 362567553

Multiplanetensysteme sind für das Verständnis der Entstehung und der dynamischen Entwicklung von Planetensystemen wichtig. Verglichen mit der Gesamtzahl aller Planetenkandidaten sind nur für wenige Planeten die wahren Massen bestimmt. Dafür fehlt es an Teleskopzeit zur Bestimmung der Radialgeschwindigkeit (RV), insbesondere für schwache Sterne. Die Bestimmung der Masse erd- oder neptungroßer Planeten mit RV ist wegen des geringen Gravitationseinflusses dieser Planeten auf ihre Zentralsterne mit aktuellen Teleskopen und Instrumententechnik schwierig. Eine Massebestimmung ist deshalb für alle Planetenkandidaten, die den gesamten Radien- und Periodenbereich abdecken, nicht zu erwarten. Die Transit Time Variation (TTV) ist ein Verfahren, um Planetensysteme zu charakterisieren, insbesondere im Hinblick auf längere Orbitperioden. TTV kann transitierende und nicht-transitierende Planeten in Multiplanetensystemen mit Information aus der Lichtkurve detektieren, bestätigen und charakterisieren. Gibt es weitere unentdeckte Planeten im System? Wie eng "gepackt" sind diese Planetensysteme? Diese Fragen kann die Untersuchung der orbitalen Entwicklung von Multiplanetensystemen beantworten: wie ändert sich die Bahnexzentrizität und die große Halbachse mit der Zeit? Welchen Einfluss haben Gezeitenkräfte und allgemein relativistische Effekte auf kurzperiodische TTV-Planeten? Die bestehenden TTV-Studien und TTV-Tools berücksichtigen nur die gravitative Wechselwirkung zwischen den Planeten im System. Diese Vereinfachung mag für die meisten der untersuchten Systeme, nicht aber für alle gültig sein. Für kurzperiodische Planeten (Gezeitenkräfte, allgemein relativistische Effekte), nahe Planeten (Planet-Planet-Interaktion) und vom bekannten Transitplaneten gestörte Nicht-Transitplaneten müssen weitere Kräfte einbezogen werden. Die Analyse und der Vergleich der Beiträge aller Kräfte kann das Wissen um den Orbit, die Sternmasse sowie die Massen des Transitplaneten und des störenden Planeten vor allem für die mit RV nur schwer zu untersuchenden Kandidaten verifizieren und/oder verbessern. Die Kepler und K2 Missionen werden die obigen Fragen durch die Lichtkurvenanalyse bekannter TTV-Planetensysteme, sowie die Suche nach weiteren Systeme mit TTV in 'neuen' K2-Lichtkurven beantworten. Das am RIU-PF entwickelte Softwarepaket wird durch die Implementierung einer Monte Carlo Markov Chain automatisiert, um den ganzen Parameterraum für die beste Lösung abzusuchen. Gezeiten, allgemein relativistische Effekte und stellare Abplattung werden für eine vollständige Charakterisierung des Planetensystems in die Orbitsimulation integriert. TTV ist oft die einzige Chance, ein detektiertes Planetensystem zu charakterisieren. Seine direkte Anwendung ist die von erdgebundenen Beobachtungen unabhängige Planetenbestätigung. So ist eine bestätigte TTV auch die Detektion eines unbekannten Planeten, der den bekannten Transitplaneten stört, und damit die Detektion eines Multiplanetensystems.

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