S 116 - Manuel Güdel - Wege zur Habitabilität: Von Scheiben zu Sternen, Planeten & Leben

Koordinator: Manuel Güdel

bewilligt: 2011

Universität/Forschungsstätte: Universität Wien

manuel.guedel(at)univie.ac.at

www.path.univie.ac.at/index.php

 

 

Sterne und Planeten sind die Endprodukte einer langen Reihe von komplexen Prozessen, die im galaktischen interstellaren Medium ihren Anfang nehmen. Während der Kontraktion und des Kollapses molekularer Wolken werden die Anfangsbedingungen für die spätere Evolution des Sterns und seines Planetensystems gesetzt. Die darauffolgende Scheibenbildung und -evolution, die Formation von Planeten und die Evolution ihrer Atmosphären führt zu einem breiten Spektrum von planetaren Umgebungen, wie sich in unserem Sonnensystem zeigt, wie aber auch die vielen extrasolaren Planetensysteme zeigen. Habitable Bedingungen könnten auf gewissen Planeten existieren und die Bildung von Leben unterstützen. Die entstehenden Sterne selber spielen eine überragende Rolle dadurch, dass sie die Evolution ihrer Umgebung bestimmen. Speziell die kurzwellige Strahlung (UV, EUV, Röntgen), ionisierte stellare Winde und hochenergetische Teilchen sind wichtig für die Umwandlung von zirkumstellarem Material (z. B. durch Ionisation, Heizung und chemische Umformung der protoplanetaren Scheibenoberflächen); in späteren Stadien, wenn sich bereits Planeten gebildet haben, sind die gleichen Teilchen und Strahlung verantwortlich für chemische und physikalische Prozesse in planetaren Magnetosphären, Ionosphären und oberen Atmosphären, und auch für deren Erosion.

Wie Zonen zustande kommen, die in den stark variierenden stellaren Umgebungen letztlich habitabel sind, ist noch wenig klar. Neben dem direkten Licht des Sterns, welches mildes Klima und flüssiges Wasser auf Planetenoberflächen ermöglichen könnte, müssen viele weitere Bedingungen erfüllt sein und in den aktiven jungen Stadien stellarer Systeme auch innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden. Starke und äußerst variable hochenergetische Strahlung, starke stellare Winde und koronale Masseauswürfe weit jenseits der gegenwärtigen solaren Analoge erzeugen Umgebungen, die von denen im heutigen Sonnensystem komplett verschieden sind.

Um Fragen zur Bildung habitabler Zonen in jungen stellaren und planetaren Systemen genauer zu untersuchen, schlagen wir die Schaffung eines multidisziplinären Nationalen Forschungsnetzwerks vor. Dieses nützt die an verschiedenen Forschungsinstitutionen Österreichs vorhandene Expertise gewinnbringend aus. Das Netzwerk wird Wechselwirkungen zwischen dem sich bildenden Stern, der protoplanetaren Scheibe und dem Planetensystem untersuchen, beginnend mit den frühen Phasen der Sternentstehung und fortschreitend bis zu Prozessen auf den fertig geformten Planeten. Das Forschungsvorhaben wird speziell folgende Problemkreise angehen:

  • die Evolution von protoplanetarem Scheibenmaterial unter dem Einfluss des magnetisch aktiven zentralen Sterns,
  • das Strahlungs-, Teilchen- und Windumfeld der jungen Sterne, und ein Vergleich mit extremen Aktivitätsperioden auf der Sonne,
  • die Prozessierung, Evolution und Erosion von äußeren Planetenatmosphären und Magnetosphären unter extremen Bedingungen, wie sie in jungen, aktiven Systemen vorherrschen,
  • und die Evolution habitabler Umgebungen in stellaren Mehrfachsystemen.

Hauptziel ist es zu verstehen, wie habitable Umgebungen in jungen, aktiven Sternsystemen entstehen und überdauern können. Diese Untersuchungen werden tiefer gehen als gegenwärtige Studien und werden starken Bezug nehmen auf zukünftige Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope, ALMA, PLATO, CHEOPS, GAIA, dem E-ELT und anderen Observatorien.
 
Durchschnittlich beschäftigte NachwuchswissenschafterInnen
12 (9 Postdocs, 2 DoktorandInnen, 1 Master-StudentIn)

Höhe der FWF-Förderung
2.447.140,50 € (Stand 2011 gemäß Bewilligung für Zeitraum 2012–2016, erste 4 Jahre)

Beteiligte nationale Forschungsstätten

  • Universität Wien, Institut für Astrophysik, Wien
  • Institut für Weltraumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Graz
  • Karl-Franzens-Universität Graz, Institut für Physik (Mitantragsteller ohne Teilprojekt)
  • Beteiligte internationale Forschungsstätten
  • California Institute of Technology, Pasadena, USA
  • EU COST-Action TD 1308, „Origins and evolution of life on Earth and in the Universe“
  • European Astrobiology Network Association, EANA
  • European Southern Observatory (ESO), Garching, DE
  • Helmholtz-Allianz „Planetary Evolution and Life“, DE
  • Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides (IMCCE), Paris, FR
  • International Space Science Institute, Bern, CH
  • Leibniz-Institut für Astrophysik (AIP), Potsdam, DE
  • Loránd-Eötvös-University Budapest, Institute for Astronomy, Budapest, HU
  • M. V. Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russian Federation
  • Observatoire de la Côte d'Azur, Nice, FR
  • Princeton University, Department of Astrophysical Sciences, Princeton, USA  
  • Russian Academy of Sciences, INASAN, Moscow, Russian Federation
  • Russian Academy of Sciences, Institute of Computational Modeling, Department of Computational Mathematics, Krasnojarsk, Russian Federation
  • Russian Academy of Sciences, Institute of Laser Physics, Novosibirsk Russian Federation
  • Russian Academy of Sciences Polar Geophysical Institute, Murmansk, Russian Federation
  • Swedish Institute of Space Physics (IRF), Kiruna, Sweden
  • University of Hawaii, Institute for Astronomy, Honolulu, USA
  • University of Iowa, Department of Physics and Astronomy, Iowa City, USA
  • University of Texas at Austin, McDonald Observatory, Austin, USA
  • Universität Tübingen, Physikalisches Institut, Tübingen, DE
  • Universität Tübingen, Institut für Astronomie, Tübingen, DE
  • Universität Tübingen, Hochleistungsrechenzentrum, Tübingen, DE
  • Université de Paris Diderot, Observatoire de Paris, LESIA, Paris, FR
  • Université Joseph Fourier, Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG), Grenoble, FR
  • Université Paul Sabatier/CNRS, Laboratoire d’Astrophysique de l’Observatoire Midi-Pyrénées, Toulouse, FR
  • Uppsala University, Department of Physics and Astronomy, Uppsala University, SE

Principal Investigators (PI)

  • Ernst Dorfi, Institut für Astrophysik, Universität Wien
  • Rudolf Dvorak, Institut für Astrophysik, Universität Wien
  • Manuel Güdel, Institut für Astrophysik, Universität Wien
  • Maxim Khodachenko, IWF, Graz
  • Helmut Lammer, IWF, Graz
  • Elke Pilat-Lohinger, Institut für Astrophysik, Universität Wien


Koordinator des NFN
Manuel Güdel, Institut für Astrophysik, Universität Wien

manuel.guedel(at)univie.ac.at

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Kontakt
FWF – Der Wissenschaftsfonds
Haus der Forschung
1090 Wien, Sensengasse 1
T: +43/1/505 67 40-0, F: +43/1/505 67 39
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Sabine Haubenwallner
DW 8603, sabine.haubenwallner(at)fwf.ac.at