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Home - Nachrichten - 2017 - DFG fördert Erforschung von Exoplaneten am European XFEL

Meldung, 02. Februar 2017

DFG fördert Erforschung von Exoplaneten am European XFEL

Interdisziplinäres Forschungsprojekt erhält zwei Millionen Euro

Mit Hilfe von Teleskopen auf der Erde und im Weltall sind seit 1996 bereits mehrere tausend Planeten außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt worden. Die Beobachtungsdaten wie Masse, Radius und Abstand zum Zentralstern geben jedoch nur wenige Details über den Aufbau und die Entstehung dieser Exoplaneten preis. Die Forschergruppe „Materie im Inneren von Planeten“ unter Leitung der Universität Rostock, an der auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von European XFEL beteiligt sind, will deshalb im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekts mehr über diese Planeten herausfinden. Ausgehend von den Planeten unseres eigenen Sonnensystems wollen die Forscher Rückschlüsse auf Exoplaneten ziehen und dazu entsprechende Methoden entwickeln. Ihre interdisziplinäre Zusammenarbeit umfasst Theorie, Modellierung und Experimente. Dazu zählt auch die experimentelle Untersuchung von extremen Zuständen der Materie, wie sie im Inneren von Planeten vorkommen – unter anderem bei European XFEL und bei DESY. Die DFG fördert das Projekt zunächst für drei Jahre mit einer Fördersumme von etwa 2 Millionen Euro.

„Eine Stärke unseres Antrags ist es, dass er Theorie, Modellierung und Experimente kombiniert, um den Aufbau und die Entwicklung von Planeten innerhalb und außerhalb unseres Sonnensystems zu erforschen“, erklärt Prof. Ronald Redmer von der Universität Rostock und Sprecher der Forschergruppe. Außerdem sollen die Erkenntnisse bei der Auswertung von Beobachtungsdaten aus Satellitenmissionen verwendet werden.

Die künstlerische Darstellung zeigt im Vordergrund den Planeten Kepler-62f, einen Planet von der Größe einer Supererde. Kepler-62f befindet sich in der bewohnbaren Zone seines Sterns, der rechts vom Planeten zu sehen ist.
NASA/JPL

Mit dem Kepler-Weltraumteleskop wurden besonders viele Planeten im Bereich zwischen einer und zwanzig Erdmassen auf kurzen Umlaufbahnen um sonnenähnliche Sterne entdeckt. Man unterscheidet sogenannte Supererden mit bis zu 10 Erdmassen und Dichten ähnlich der Erde sowie neptunähnliche Planeten, die eine ähnliche Dichte wie der namensgebende Planet Neptun in unserem Sonnensystem haben. Neptun hat einen festen Kern, den ein Mantel aus flüssigem Wasser, Ammoniak und Methan sowie eine Atmosphäre aus Wasserstoff, Helium und Methan umgeben. Im Inneren all dieser Planetentypen herrschen Drücke, die um ein mehrfaches höher sein können als im Erdinnern, und Temperaturen von mehreren Tausend Grad Celsius. Die Forscher wollen nun herausfinden, wie sich die Hauptbestandteile der Planeten – z. B. Magnesiumoxid und Silikate für Supererden sowie Wasser, Methan und Ammoniak für neptunähnliche Planeten – unter diesen Bedingungen verhalten.

Am High-Energy-Density-Instrument des European XFEL, kurz HED, lassen sich experimentell extreme Zustände von Materie untersuchen, wie sie im Inneren von Planeten herrschen. „Während des Experiments können wir in dem Probenmaterial kurzzeitig Drücke von bis zu einer Million bar erzeugen“, erklärt Karen Appel, wissenschaftliche Mitarbeiterin am HED und Projektleiterin eines Teil-Antrags der Forschergruppe. „Der Druck würde auch herrschen, wenn man das Gewicht des höchsten Gebäudes der Welt, des Burj Khalifa in Dubai, auf der Fingerspitze hätte.“ Hohe Drücke und Temperaturen entstehen am HED-Instrument durch eine von einem intensiven Laserpuls ausgelöste Schockwelle. Wenn sich das Material nach dem Schock wieder entspannt, durchläuft es in Sekundenbruchteilen viele verschiedene Kombinationen von Druck und Temperatur mit unterschiedlichen Materialeigenschaften. Die kurzen Lichtblitze des European XFEL erlauben es erstmals, scharfe Schnappschüsse dieser Zustände und ihrer Eigenschaften zu gewinnen. „Mittels Röntgenbeugung und Röntgenspektroskopie werden wir Struktur und Eigenschaften von Magnesiumoxid und Silikaten unter diesen Bedingungen bestimmen. Damit gewinnen wir für die Modellierung von Planeten essentielle Daten“, so Appel.

Neben den Universitäten in Rostock und Bayreuth sind das Forschungszentrum DESY, der Röntgenlaser European XFEL, der im Herbst den Nutzerbetrieb aufnimmt, und das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin an der Forschergruppe beteiligt.