Garik Israelian: Was ist in einem Stern?

Ich habe eine sehr schwierige Aufgabe. Ich bin ein Spektroskopist Ich muss über Astronomie reden, ohne Ihnen ein einziges Bild von Nebeln oder Galaxien etc. zu zeigen, weil mein Beruf Spektroskopie ist. Ich arbeite nie mit Bildern. Aber ich werde versuchen, Sie zu überzeugen, dass Spektroskopie wirklich etwas ist, das die Welt verändern kann. Spektroskopie kann vielleicht die Frage beantworten: "Gibt es irgend jemanden da draußen?" Sind wir allein? SETI. Spektroskopie ist nicht sonderlich spannend.

Eine meiner Kolleginnen in Bulgarien, Nevena Markova, hat etwa 20 Jahre damit verbracht, diese Profile zu studieren. Und sie hat 42 Artikel veröffentlicht, nur über dieses Thema. Können Sie sich das vorstellen? Tag und Nacht, nachdenken, beobachten, den selben Stern 20 Jahre lang, das ist unglaublich. Aber wir sind verrückt. Wir machen solche Sachen. (Lachen)

Und ich bin ziemlich ähnlich. Ich habe etwa acht Monate lang an diesen Profilen gearbeitet. Weil ich eine sehr kleine Asymmetrie im Profil eines planetaren Zentralsterns bemerkt habe. Und ich dachte: Vielleicht ist Lithium-6 in diesem Stern, was darauf hindeutet, dass dieser Stern einen Planeten verschluckt hat. Denn anscheinend gibt es dieses instabile Isotop Lithium-6 nicht in der Atmosphäre von sonnenähnlichen Sternen. Aber es kommt in Planeten und Asteroiden vor. Wenn also ein Stern einen Planeten oder viele Asteroiden verschlingt, gibt es dieses Lithium-6-Isotop im Spektrum des Sterns. Also habe ich mehr als acht Monate nur damit verbracht, das Spektrum dieses Sterns zu untersuchen.

Und es ist wirklich erstaunlich, weil ich Anrufe von vielen Reportern bekam, die fragten: "Haben Sie wirklich einen Planeten in einen Stern fliegen sehen?" Weil sie dachten, wenn man ein Teleskop hat, sei man ein Astronom, was man also macht, sei eigentlich, durch ein Teleskop zu sehen. Und man könnte gesehen haben, wie der Planet in den Stern fliegt. Und ich sagte: "Nein, entschuldigen Sie." Was ich sehe, ist das hier." (Lachen) Es ist einfach unglaublich. Weil niemand es richtig verstand. Ich wette, es gab sehr wenige Leute, die wirklich verstanden, wovon ich redete. Denn dies ist der Hinweis, dass der Planet von dem Stern verschluckt wurde. Es ist toll.

Die Macht der Spektroskopie wurde sogar schon 1973 von Pink Floyd erkannt. (Lachen) Weil sie gesagt haben, dass man jede beliebige Farbe in einem Spektrum haben kann. Und alles, was man braucht, ist Zeit und Geld, um sich einen Spektrographen zu bauen. Das ist der führende hochauflösende, der präziseste Spektrograph auf diesem Planeten, genannt HARPS, der dazu verwendet wird, extrasolare Planeten und Schallwellen in der Atmosphäre von Sternen zu entdecken.

Wie finden wir diese Spektren? Sicher wissen die meisten von Ihnen aus der Schulphysik, dass es im Grunde das Brechen von weißem Licht in verschiedene Farben ist. Und wenn man eine flüssige heiße Masse hat, erzeugt sie etwas, das wir ein kontinuierliches Spektrum nennen. Ein heißes Gas erzeugt nur Emissionslinien, kein Kontinuum. Und wenn man ein kaltes Gas vor einer heißen Quelle positioniert, sieht man bestimmte Muster, die man Absorptionslinien nennt. Anhand dieser werden chemische Elemente in kalter Materie identifiziert, die genau bei diesen Frequenzen absorbiert.

Was kann man also mit diesen Spektren machen? Wir können die Radialgeschwindigkeit von kosmischen Objekten untersuchen. Und wir können auch die chemische Zusammensetzung und physikalische Parameter von Sternen, Galaxien und Nebeln erforschen. Ein Stern ist ein sehr einfaches Objekt. Thermonukleare Reaktionen spielen sich im Kern ab, die chemische Elemente erzeugen. Und es gibt eine kalte Atmosphäre. Sie ist kalt für mich. Kalt in meinem Sinne ist drei- oder vier- oder fünftausend Grad. Meine Kollegen in der Infrarot-Astronomie sagen, minus 200 Kelvin sei kalt für sie. Aber Sie wissen ja, alles ist relativ. Für mich also sind 5000 Grad ziemlich kalt (Lachen)

Das ist das Spektrum der Sonne – 24 000 Spektrallinien und etwa 15 Prozent davon sind noch nicht identifiziert. Es ist unglaublich. Wir sind im 21. Jahrhundert und können das Spektrum der Sonne noch immer nicht richtig verstehen. Manchmal haben wir es nur mit einer einzigen winzigen, schwachen Spektrallinie zu tun, um die Zusammensetzung eines chemischen Elements in der Atmosphäre zu messen. Beispielsweise sehen Sie hier, dass die Spektrallinie von Gold die einzige Spektrallinie im Spektrum der Sonne ist. Und wir verwenden dieses schwache Merkmal, um die Zusammensetzung von Gold in der Atmosphäre der Sonne zu messen.

Und das ist eine andauernde Arbeit. Wir arbeiten mit einem ähnlich schwachen Merkmal, welches zu Osmium gehoert, Das ist ein schweres Element, erzeugt durch thermonukleare Explosionen von Supernovae. Das ist der einzige Ort, an dem Osmium tatsächlich entstehen kann. Indem wir die Zusammensetzung von Osmium in einem der planetaren Zentralsterne untersuchen, wollen wir verstehen, warum es so viel von diesem Element gibt. Vielleicht denken wir sogar, dass vielleicht Supernova-Explosionen Entstehungen von Planeten und Sternen verursachen. Das kann ein Hinweis sein.

Neulich schickte mir ein Kollege aus Berkeley, Gibor Basri, eine E-Mail mit einem sehr interessanten Spektrum und fragte: "Kannst du dir das mal anschauen?" Und die nächsten zwei Wochen konnte ich nicht schlafen, als ich die riesigen Mengen Sauerstoff und andere Elemente im Spektrum der Sterne sah. Ich wusste, dass nichts Vergleichbares in der Galaxie beobachtet wird. Es war unglaublich. Unsere einzig mögliche Schlussfolgerung ist der klare Beweis, dass in diesem System eine Supernova-Explosion stattgefunden hat, die die Atmosphäre dieses Sterns verunreinigt hat. Und später bildete sich ein schwarzes Loch in einem Doppelsternsystem, das immer noch dort ist mit einer Masse etwa fünf mal so groß wie die der Sonne. Dies wurde als erster Beweis angesehen, dass schwarze Löcher tatsächlich aus Supernova-Explosionen entstehen.

Meine Kollegen, die die Zusammensetzung chemischer Elemente in verschiedenen Sternen unserer Galaxie verglichen, haben tatsächlich fremde Sterne in unserer Galaxie gefunden. Es ist wunderbar, wie weit man kommen kann nur durch die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Sternen. Sie haben wirklich gesagt, dass einer der Sterne, die man in den Spektren sieht, ein Alien ist. Er kommt aus einer anderen Galaxie. Es gibt Wechselwirkungen zwischen Galaxien. Wir wissen das. Und manchmal fangen sie einfach Sterne.

Sie haben von Sonneneruptionen gehört. Wir waren sehr überrascht, eine Superflare zu entdecken, eine Eruption, die tausend Millionen Mal stärker ist als die, die wir in der Sonne beobachten. In einen der Doppelsternsysteme unserer Galaxie, genannt FH Leo, haben wir diese Superflare entdeckt. Später untersuchten wir die Spektralsterne, um zu sehen, ob irgendetwas seltsam ist an diesen Objekten. Und wir stellten fest, dass alles normal ist. Diese Sterne sind so normal wie die Sonne. Alter, alles war normal. Das ist also ein Rätsel. Es ist eines der Rätsel, die es noch immer gibt, Superflares. Und es gibt sechs oder sieben ähnliche Fälle in der veröffentlichten Literatur.

Um jetzt damit fortzufahren, müssen wir wirklich die chemische Evolution des Universums verstehen. Das ist sehr kompliziert. Ich möchte eigentlich nicht, dass Sie versuchen, das hier zu verstehen. (Lachen) Aber es zeigt Ihnen, wie kompliziert diese ganze Angelegenheit mit der Produktion von chemischen Elementen ist. Es gibt zwei Wege – über massereiche und massearme Sterne – auf denen Materie und chemische Elemente im Universum hergestellt und regeneriert werden. Und nach 14 Milliarden Jahren landen wir bei diesem Bild, das ein sehr wichtiges Diagramm ist, welches die relative Häufigkeit von chemischen Elementen in sonnenähnlichen Sternen und in der interstellaren Materie zeigt.

Das bedeutet, dass es wirklich unmöglich ist, ein Objekt zu finden, in dem es etwa zehnmal so viel Schwefel wie Silicium gibt, fünf mal mehr Calcium als Sauerstoff. Es ist einfach nicht möglich. Und wenn Sie so etwas finden, werde ich sagen, dass das etwas ist, das mit SETI zu tun hat, weil es auf natürliche Weise nicht möglich ist. Der Dopplereffekt ist etwas sehr Wichtiges aus den Grundlagen der Physik. Das hat mit der Veränderung der Frequenz einer sich bewegenden Quelle zu tun. Der Dopplereffekt wird verwendet, um Exoplaneten zu finden.

Die Genauigkeit, die benötigt wird, um einen jupiterähnlichen Planeten bei einem sonnenähnlichen Stern zu finden, ist ungefähr 28,4 m/s. Und wir brauchen 9 cm/s, um einen erdähnlichen Planeten zu finden. Das ist möglich mit zukünftigen Spektrographen. Ich selbst arbeite in einem Team, das einen CODEX entwickelt, einen hochauflösenden Spektrographen einer neuen Generation für das 42-Meter-E-ELT Teleskop. Und das wird ein Instrument zur Entdeckung erdähnlicher Planeten bei sonnenähnlichen Sternen sein. Das ist ein einmaliges Werkzeug, genannt Astroseismologie, mit dem wir Schallwellen in den Atmosphären von Sternen entdecken können.

Dies ist der Schall von einem Alpha Cen. Wir können Schallwellen in den Atmosphären sonnenähnlicher Sterne entdecken. Diese Wellen haben Frequenzen im Infraschallbereich, einem Bereich, den eigentlich niemand kennt. Zurück zu der wichtigsten Frage: "Ist irgend jemand da draußen?" Das hängt stark zusammen mit der tektonischen und vulkanischen Aktivität von Planeten. Der Zusammenhang zwischen Leben und radioaktiven Atomkernen ist einfach. Kein Leben ohne tektonische Aktivität, ohne vulkanische Aktivität. Und wir wissen sehr gut, dass Geothermie hauptsächlich durch Zerfall von Uran, Thorium und Kalium entsteht.

Wie man bei Planeten misst, ob die Menge dieser Elemente klein ist, die Planeten also im Grunde tot sind, dort kann es kein Leben geben. Wenn es zu viel Uran, Kalium oder Thorium gibt, dann gäbe es vermutlich auch kein Leben. Denn können Sie sich vorstellen, dass alles siedet? Es gibt zu viel Energie auf dem Planeten. Wir haben einen Thorium-Überfluss in einem der Sterne mit extrasolaren Planeten gemessen. Das ist genau das gleiche Spiel. Ein winziges Merkmal.

Wir versuchen, dieses Profil zu messen und Thorium zu erkennen. Das ist sehr schwer. Es ist sehr schwer. Und zuerst müssen Sie sich selbst überzeugen. Dann müssen Sie Ihre Kollegen überzeugen. Und dann müssen Sie die ganze Welt überzeugen, dass Sie wirklich so etwas entdeckt haben in der Atmosphäre eines Zentralsterns irgendwo 100 Parsec entfernt von hier. Das ist wirklich schwer. Aber wenn Sie etwas über Leben auf Exoplaneten wissen möchten, dann müssen Sie das machen. Weil Sie wissen müssen, wie viel von einem radioaktiven Element es in diesen Systemen gibt.

Der einzige Weg, etwas über Aliens herauszufinden, besteht darin, ein Radioteleskop zu optimieren und auf die Signale zu hören. Wenn Sie etwas Interessantes empfangen, nun, das ist es, was SETI im Grunde tut, Was SETI seit vielen Jahren tut. Ich denke, der vielversprechendste Ansatz sind Biomarker. Sie können das Spektrum der Erde, das Erdschein-Spektrum sehen, und das ist ein sehr klares Signal. Die Neigung hier, die wir roten Rand nennen, ist ein Nachweis für ein bewachsenes Gebiet. Es ist erstaunlich, dass man Vegetation aus einem Spektrum ablesen kann. Nun stellen Sie sich vor, diesen Test bei anderen Planeten zu machen.

Vor sehr, sehr kurzer Zeit, Ich meine die letzten sechs, sieben, acht Monate, wurden Wasser, Methan, Kohlendioxid im Spektrum eines Planeten außerhalb des Sonnensystems gefunden. Es ist erstaunlich. Das ist also die Macht der Spektroskopie. Sie können tatsächlich hergehen und die chemische Zusammensetzung von Planeten entdecken und erforschen, die sehr weit weg sind vom Sonnensystem. Wir müssen Sauerstoff oder Ozon finden um sicherzustellen, dass wir alle notwendigen Voraussetzungen für Leben haben.

Kosmische Wunder sind etwas, das mit SETI zu tun haben kann. Nun stellen Sie sich ein Objekt vor, ein unglaubliches Objekt, oder etwas, das wir nicht erklären können und wir stehen einfach auf und sagen: "So, geben wir auf. Physik funktioniert nicht." Es ist etwas, wofür Sie immer auf SETI zurückgreifen und sagen können: "Na ja, irgend jemand muss das irgendwie verursachen."

Und mit der bekannten Physik usw. ist es etwas, auf das tatsächlich Frank Drake und Shklovsky vor vielen Jahren hingewiesen haben. Wenn Sie das Spektrum eines Zentralsterns betrachten, wenn Sie seltsame chemische Elemente sehen, kann das ein Signal von einer Zivilisation sein, die dort ist und die das mitteilen möchte. Sie wollen wirklich ihre Präsenz signalisieren durch diese Spektrallinien im Spektrum eines Sterns, auf unterschiedliche Weise.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das zu tun. Einer ist zum Beispiel Technetium. Technetium ist ein radioaktives Element mit einer Zerfallszeit von 4,2 Millionen Jahren. Wenn Sie plötzlich Technetium in einem sonnenähnlichen Stern entdecken, können Sie sicher sein, dass jemand dieses Element in die Atmosphäre gebracht hat, weil es auf natürliche Weise unmöglich ist. Wir überprüfen gerade die Spektren von etwa 300 Sternen mit Exoplaneten. Und wir tun das seit dem Jahr 2000 und es ist ein sehr schwieriges Projekt. Wir haben sehr hart gearbeitet. Und wir haben einige interessante Fälle, Kandidaten, usw., Dinge, die wir nicht wirklich erklären können. Und ich hoffe, dass wir dies in naher Zukunft bestätigen können.

Also die wichtigste Frage: "Sind wir allein?" wird, denke ich, nicht von UFOs kommen. Sie kommt nicht von Funksignalen. Ich denke, sie kommt aus einem Spektrum wie diesem. Das ist das Spektrum eines erdähnlichen Planeten, und es zeigt, dass Stickstoffdioxid vorhanden ist, ein klares Lebenszeichen, und Sauerstoff und Ozon. Wenn wir eines Tages, und ich denke, es wird innerhalb der nächsten 15 oder 20 Jahre sein, ein Spektrum wie dieses entdecken, können wir sicher sein, dass es Leben auf diesem Planeten gibt. In etwa fünf Jahren werden wir erdähnliche Planeten bei sonnenähnlichen Sternen entdecken, in der gleichen Entfernung von der Sonne wie die Erde. Es wird ungefähr fünf Jahre dauern. Und dann brauchen wir weitere 10, 15 Jahre mit Weltraumprojekten, um die Spektren der erdähnliche Planeten zu bekommen wie die, die ich Ihnen gezeigt habe. Und wenn wir Stickstoffdioxid sehen, und Sauerstoff, dann, denke ich, haben wir den perfekten E.T. Vielen Dank. (Applaus)