CRIRES-POP Spektren von kühlen Sternen

Die Entdeckung und Charakterisierung von Exoplaneten hängt wesentlich von einem guten Verständnis der Sterne ab, um die sie kreisen. Für die Suche nach erdähnlichen Planeten in habitablen Zonen rücken M- Typ Zwergsterne immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses, da deren niedrige Massen und Leuchtkräfte eine einfachere Entdeckung von Planeten in der Größe der Erde ermöglichen sollten. Diese Sterne beobachtet man aufgrund ihrer Temperatur am besten im Nah-Infrarot (NIR) Bereich des Spektrums. Allerdings fehlt ein hochqualitativer, beobachtungsbasierter Spektralatlas für M-Zwerge. Für die Suche nach erdähnlichen Planeten bildet daher die Charakterisierung des NIR Spektrums solcher Sterne eine wichtige Voraussetzung. Das Schließen dieser Lücke ist das Ziel des vorliegenden Projekts: die detaillierte Erforschung des NIR Spektrums eines M-Zwerges mit besonderer Berücksichtigung jener Bereiche, in denen Indikatoren für die Charakterisierung von Planeten vermutet werden. Dafür werden wir ein hoch-aufgelöstes Spektrum des M- Zwergs Barnards Stern verwenden, welches im Rahmen des CRIRES-POP Projekts aufgenommen wurde. CRIRES-POP ist eine öffentliche Datenbank hoch-qualitativer NIR Spektren mit hoher spektraler Auflösung, welche Sterne unterschiedlichster Spektraltypen umfasst. Zwischen den Spektren von M- Zwergen und M-Riesensternen gibt es eine große Überlappung in Hinblick auf die auftretenden atomaren und molekularen Linien. Daher werden wir auch die CRIRES-POP Spektren mehrerer kühler Riesen in unsere Analyse miteinbeziehen. Unsere Analyse wird neben einer umfassenden Linienidentifikation auch die Messung von Elementhäufigkeiten und Isotopenverhältnissen, sowie die Bestimmung globaler Sternparameter umfassen, also eine komplette Beschreibung jedes analysierten Sterns. Bei der Linienidentifikation werden wir unseren Schwerpunkt auf die Messung schwacher Linien und die Analyse von Linienblends legen, was wiederum zu einer Verbesserung von Linienlisten und Atmosphärenmodellen beitragen wird. Zur Häufigkeitsbestimmung werden wir die Beobachtungen mit synthetischen Spektren vergleichen, wobei die große Abdeckung in Wellenlänge (1-5 m) ein großer Vorteil sein wird. Die Sternparameter wie Leuchtkraft, Radius und Temperatur werden wir aus zusätzlichen Beobachtungen wie optischen Spektren, Farben und Variabilitätsinformationen bestimmen. Diese vollständige Charakterisierung wird die hoch-qualitativen Spektren von CRIRES-POP zu einer wichtigen Referenz für künftige Forschung machen. Zusammenfassend wird das vorliegende Projekt die bislang detailliertes Analyse eines M-Zwerg Spektrums durchführen, insbesondere in jenen Bereichen, in denen Indikatoren für Planeten erwartet werden. Neben dem Beitrag zum Aufbau einer öffentlichen Bibliothek von hoch-aufgelösten Infrarotspektren wird dieses Projekt insbesondere eine genaue Beschreibung eines M-Zwerg Spektrums liefern und damit die wachsende Nachfrage der Exoplanet-Forschung für solch eine Referenz bedienen.

Das Meitner-Projekt CRIRES-POP Spektren kühler Sterne steht im Zusammenhang mit dem größeren Projekt CRIRES-POP, dessen Ziel die Bereitstellung einer Bibliothek hochaufgelöster Nah-Infrarotspektren der verschiedenen Spektraltypen mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist. In diesem Kontext zielte das Projekt CRIRES-POP Spektren kühler Sterne darauf ab, die Datenreduktion zu beginnen und die ersten vollständigen Spektren zu produzieren, wobei das Hauptaugenmerk auf die kühlen Sternen in CRIRES-POP gelegt wurde. Konkret sollten im Rahmen des Projekts das Spektrum eines M-Zwergsterns in Hinblick auf die aktuelle Exoplaneten- Forschung sowie einige kühle Riesensterne bearbeitet werden. Das frei zugängliche Datenarchiv wird Studien zu einer Vielzahl astronomischer Phänomene ermöglichen.Zentrale Resultate dieses Projekts:Ein vollständig reduziertes CRIRES-POP Spektrum des K0-Riesen 10 Leo.Ein referiertes Paper über das 10 Leo Spektrum und die Datenreduktion, zur Verfügung gestellt in einem Open-Access-Archiv.Ein vollständig entwickeltes Verfahren zur Reduktion und Aufbereitung aller CRIRES-POP Spektren.Computerprogramme für alle Verfahrensschritte zum Einsatz bei weiteren Spektren in der CRIRES-POP Bibliothek.Das erste vollständige Spektrum der CRIRES-POP-Bibliothek, welches im Rahmen dieses Projekts erstellt wurde, basiert auf neuen und besseren Reduktionsmethoden zur Entfernung von Absorptionslinien der Erdatmosphäre und zur Kombination der einzelnen Aufnahmen zu einem Gesamtspektrum. Vieles davon wurde in diesem Projekt entwickelt oder verbessert. Referenzspektren bei hoher spektraler Auflösung und im Nah-Infrarotbereich sind bislang kaum vorhanden. Daher kann erwartet werden, dass das hier erstellte Spektrum von 10 Leo Verwendung in zahlreichen Studien zu kühlen Sterne inklusive M-Zwerge finden wird, was es zu einer wichtigen Referenz für die Nah-Infrarot-Astronomie machen wird. Mögliche Anwendungen umfassen ein besseres Verständnis des noch wenig erforschten Nah-Infrarotbereichs und der Erdatmosphäre in diesem Spektralbereich, eine bessere Möglichkeit der Charakterisierung kühler Sterne und eine Referenz für das Testen von Sternmodellen und die Vervollständigung atomarer und molekularer Linienlisten.Aus Zeitgründen sowie der Notwendigkeit einer Änderung des geplanten Ablaufs wurden nicht alle geplanten Ziele erreicht. Es erwies sich als notwendig, mit der Analyse des kühlen Riesen 10 Leo statt des M-Zwergsterns zu beginnen, und ungeplante Verzögerungen und vergrößerter Arbeitsaufwand erlaubten eine vollständige Bearbeitung des gesamten Projektplans nicht. Nichtsdestotrotz bilden die Ergebnisse des Projekts die notwendige Basis für die weitere Bearbeitung der CRIRES-POP Daten, wodurch die weitere Spektrenproduktion sicherlich stark beschleunigt werden wird.