Microlensing

Das Microlensing-Verfahren zum Nachweis von Exoplaneten


Diese Methode nutzt einen interessanten Effekt aus: Lichtstrahlen werden, wenn sie an großen Massen (z.B. Planeten, Sterne, Galaxien) vorbeigehen, von ihrer geraden Bahn abgelenkt. Dieses Phänomen wurde ausführlich von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie (1915) untersucht und berechnet.
Die Ablenkung des Lichtes ist bei Sternen sehr klein aber auf große Entfernungen macht sich der leichte Knick im Lichtstahl durchaus bemerkbar. Das Licht eines weit entfernten Sterns (einige tausend Lichtjahre) wird durch einen anderen Stern (Vordergrundstern) so abgelenkt, dass mehr Lichtstahlen in das Fernrohr des Beobachters auf der Erde gelangen. Der Hintergrundstern erscheint dadurch kurzfristig ein wenig heller. Wenn der Stern im Vordergrund nun einen Planeten hat, kann es passieren, dass dieser Planet das Licht noch zusätzlich ablenkt, was man in der Helligkeitskurve erkennen kann.

Es ist sehr selten, dass zwei weitentfernte Sterne so aneinander vorbeiziehen, dass dieser Effekt eintritt aber immerhin, konnte man mit dieser Methode bereits einige Exoplaneten nachweisen, die man mithilfe der anderen Verfahren nicht hätte finden können.


Die Entstehung eines Einsteinringes:

Sterne können als Gravitationslinsen wirken, d.h. sie können das Licht weit entfernter,  hinter ihnen liegender Sterne derart ablenken, dass ein Lichtkranz um den Linsenstern entsteht. Dieser Lichtring kann teilweise oder vollständig geschlossen sein.
Der Ablenkwinkel für das Licht hängt von der Masse  M des Linsensterns und dem Stoßparameter b der Lichtstrahlen ab.

Dieses Programm soll helfen, die Entstehung eines  Einsteinringes besser zu verstehen. Dazu lassen sich der Stoßparameter b, die Masse M und der Abstand d2 variieren.


Download des Programms "Einsteinradius.exe" (2,2 MB)

 


Animationen zur Wirkung von Gravitationslinsen
Mithilfe der Formel zur Lichtablenkung durch Massen, wurde ein Raytracingverfahren programmiert, dass eine "softwaremäßige Gravitationslinse" erzeugen kann. Diese Linse wurde über das Bild eines Sterns (gelbe Kreisscheibe) gefahren, womit die Bewegung des Vordergrundsterns als Gravitationslinse simuliert werden kann. Die durch Raytracing gewonnenen Einzelbilder wurden schließlich zu kleinen Filmschleifen zusammengefügt.


Animation 1:
Vorder- und Hintergrundstern bewegen sich aus Sicht des Beobachters so aneinander vorbei, dass der Stoßparameter (impact-parameter) Null ist (zentrale Begegnung). Hier wird der Einsteinring in idealer Weise sichtbar. Auch der blitzartige Anstieg der Gesamthelligkeit ist gut zu erkennen.


Download der Animation 1 (Animation_1.avi) 1,5 MB


Animation 2:
Vorder- und Hintergrundstern bewegen sich aus Sicht des Beobachters so aneinander vorbei, dass der Stoßparameter (impact-parameter) ungleich Null ist (nichtzentrale Begegnung). Hier erscheint der Einsteinring nicht mehr komplett ausgebildet. Die Gesamthelligkeit nimmt dennoch kurzfristig etwas zu.

Download der Animation 2 (Animation_2.avi) 1,5 MB

Animation 3:
Der Vordergrundstern besitzt einen Exoplaneten (weißer Punkt) im Bereich des möglichen Einsteinringes. Die Animation zeigt deutlich, wie das Licht, das bereits durch den Stern verstärkt wurde, nochmals eine Verstärkung durch die Masse des Exoplaneten erhält. Man erkennt auch, dass Exoplaneten, die zu weit vom Einsteinring entfernt liegen, niemals von dessen Licht "getroffen" werden können und eine Aufhellung der Lichtkurve daher ausbleiben muss.


Download der Animation 3 (Animation_3.avi) 1,5 MB

 
 
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