Dynamik von co-orbitalen Planeten in Doppelsternen

Bis jetzt wurden nur 40 von ca. 500 extrasolaren Planeten in Doppelsternsystemen entdeckt. Jedoch sind 70 Prozent der Hauptreihensterne in der Sonnenumgebung Mitglieder von Doppelstern und Mehrfachsystemen. Diese Tatsache lässt erwarten, dass noch viel mehr Planeten in Doppelsternsystemen entdeckt werden. Es gibt mehrere indirekte Beobachtungsmethoden für extrasolare Planeten, wobei die am häufigsten verwendeten die Radialgeschwindigkeitsmethode und die Transitmethode sind. Bereits mehr als 100 extrasolare Planeten wurden mit der Transitmethode entdeckt und werden auch Gegenstand der theoretischen Studien in diesem Projekt. Einige davon wurden mit den Satelliten CoRoT (gestartet 2006) und Kepler (gestartet 2009) gefunden. Auf der Suche nach neuen extrasolaren Planeten, sind enge Doppelsterne viel versprechende Kandidaten, weil es viele im Sichtfeld der Satelliten-Missionen CoRoT und Kepler gibt. Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen 3 verschiedenen dynamischen Bewegungstypen von Planeten in Doppelsternen: 1. S-Type: Ein Planet bewegt sich um einen der beiden Sterne. 2. P-Type: Ein Planet bewegt sich um beide Sterne. 3. T-Type: Ein Planet bewegt sich nahe einem der Gleichgewichts- oder Lagrangepunkte (L 4 oder L5 ) Dieses Projekt beschäftigt sich mit der Dynamik und Theorie zur Beobachtung von Planeten die sich in einer S oder T-Type Konfiguration befinden. Die Untersuchungen werden mittels umfangreicher numerischer Simulationen durchgeführt. Außerdem sollen jene Bereiche von Anfangsbedingungen (Bahnelemente) gefunden werden, in denen extrasolare Planeten stabile Bahnen haben können. Im nächsten Schritt wird die Wahrscheinlichkeit untersucht Planeten in S- oder P-Type Bewegung indirekt nachzuweisen. Dafür wird die so genannte Eclipse-timing-variations (ETV) Methode verwendet. Mit den ETVs wird untersucht, ob es möglich ist, einen Planeten der gravitative Störungen im Transitsignal des zweiten Sternes verursacht, zu entdecken. Mit Hilfe einer Stabilitätsstudie der Planetenbahnen sollen auch die Auswirkungen der "Mean-motion-resonances" und der "Secondary-resonances" auf die Bedeckungszeit der Doppelsterne analysiert werden. Die Ergebnisse des Projektes werden in Zukunft indirekte Beobachtungen von neuen Planeten mittels Satelliten Missionen (z.B. CoRoT, Kepler) erleichtern, bzw. Interpretationen bezüglich der Architektur von extrasolaren Planetensystemen ermöglichen.

Viele Exoplaneten wurden bei Einzelsternen entdeckt. Es sind jedoch mehr als 70 Prozent der Hauptreihensterne Mitglieder von Doppelstern und Mehrfachsternsystemen. Deshalb erwartet man wesentlich mehr Exoplaneten um Doppelsterne als bisher tatsächlich entdeckt wurden. Diese Diskrepanz war die Motivation für dieses Projekt die Bahnstabilität von Exoplaneten mit co-orbitaler Bewegung bei Doppelsternen zu untersuchen. Co-Orbital bedeutet dass sich der Planet nahe oder in der Bahn des zweiten Sterns befindet. Zurzeit sind im Sonnensystem mehr als 6000 co-orbitaler Trojaner Asteroiden bekannt (nahe der Erde, Mars, Jupiter Uranus und Neptun), aber es wurden noch keine Trojaner Planeten gefunden. Dieses Projekt hat das Ziel die Wahrscheinlichkeit zur Entdeckung möglicher Trojaner Planeten zu erhöhen, mit Hilfe von dynamischen Untersuchungen und durch die Analyse der eclipse timing variations (ETVs) in Doppelsternsystemen und von möglichen Kandidatensystemen.In der Stabilitätsstudie wurde das dynamische Verhalten möglicher Exoplaneten in Trojaner-typ und Satelliten-typ Bewegung in Doppelsternsystemen mit Hilfe von numerischen N-Körper Simulationen im dreidimensionalen Parameterraum untersucht. Im zweiten Teil wurde die Beobachtbarkeit solcher Planeten mit Hilfe der ETVs untersucht. Wenn sich ein Doppelsternsystem in einer Linie zum Beobachter befindet, so dass die Sterne einander bedecken nennt man das Sternensystem eclipsing binary. Steht der eclipsing binary im gravitativen Einfluss eines Planeten, dann zeigen die Bedeckungen eine zeitliche Verschiebung, wie zum Beispiel bei Kepler-451b. Wir konnten mit unseren Untersuchungen zeigen, dass sogar terrestrische Planeten (z.B. Erde) in Doppelsternsystemen mit ETVs beobachtbar wären. Als Basis für unsere Statistiken, haben wir einen Katalog von Exoplaneten in Doppel und Mehrfachsternsystemen erstellt, der seit 2013 online zur Verfügung steht (http://www.univie.ac.at/adg/schwarz/multiple.html). Zur Auswahl des Parameterraumes für unsere Berechnungen wurde der Katalog statistisch ausgewertet. Zusätzlich wurden auch die Daten aus anderen Doppelsternkatalogen (ohne Planeten) zur Diskussion für mögliche weitere Kandidaten herangezogen. In Zusammenarbeit mit dem IWF in Graz haben wir die Systeme WASP-12 und HD 189733 mit einem hot Jupiter (nahe am Stern), der ein Signal ähnlich das eines Plasmatorus zeigt, untersucht. Unsere Studien haben gezeigt, dass dieses Phänomen möglicherweise durch Mond-große Trojaner erklärt werden könnte. Das aus dem Projekt erhaltene Wissen wird zukünftige Beobachtungen erleichtern, da die Kenntnis der Planetenbewegung ein Schlüsselfaktor zum Verständnis über die Evolution und Struktur von Planetensystemen ist.