Mit Quantenphysik eine Erde 2.0 finden

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Erdähnliche Exoplaneten sind bis zu zehn Milliarden Mal lichtschwächer als ihre Sonnen – und entsprechend schwer nachzuweisen. Ein südkoreanisches Forschungsteam bringt bei der Suche nach der Erde 2.0 jetzt die Quantenphysik ins Spiel.

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Erst kürzlich war es Astronom:innen gelungen, den Begleitstern des roten Überriesen Beteigeuze nachzuweisen. Dazu rechneten Algorithmen über Monate das blendende Licht aus den Aufnahmen heraus. Mit ähnlichen Algorithmen sowie der Hilfe von Quantenphysik könnten Forscher:innen künftig auf die Jagd nach einer möglichen Erde 2.0 gehen.

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Erde 2.0 lichtschwächer als ihr Stern

Ein südkoreanisches Forschungsteam hat in einer Preprint-Studie eine theoretische Möglichkeit beschrieben, wie Teleskope damit künftig einen extrem lichtschwachen erdähnlichen Planeten von seinem Wirtsstern unterscheiden könnten. Denn das Problem bei bisherigen Beobachtungen ist, dass Exoplaneten zwischen 100 Millionen und zehn Milliarden Mal lichtschwächer sind als ihre Sonnen, wie Universe Today schreibt.

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Wie im sogenannten Rayleigh-Kriterium definiert, sind die unterschiedlichen Objekte für optische Geräte ab einem bestimmten Punkt nicht mehr unterscheidbar. Das von dem Exoplaneten abgegebene Licht würde komplett von dem des Wirtssterns überdeckt werden. Die Teleskope würden nur ein Objekt ausmachen können, nämlich den Stern.

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Quantenphysik soll Planet sichtbar machen

Hier soll laut dem Forschungsteam um Hyunsoo Choi von der Hanyang-Universität in Seoul jetzt die Quantenmechanik als Grundlage der Quantenphysik ins Spiel kommen. Denn hier enthalten Lichtteilchen (Photonen) mehr Informationen als nur die Helligkeit, etwa die Wellenform. Ein System, das Photonen vor dem Auftreten auf einen entsprechenden Detektor nach ihren Wellenmustern sortiert, könnte zusätzliche Informationen bringen, die herkömmlichen Kameras entgehen.

Um das zu realisieren, bauten die Forscher:innen aus Südkorea eine kontinuierliche Rückkopplungsschleife in ihre Bildanalysesoftware ein. So wurde es möglich, die extremen Helligkeitsunterschiede zwischen Planet und Stern zu erfassen und die Struktur des zu untersuchenden Sternsystems zu bestimmen.

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Simulationen: Algorithmus liegt oft richtig

In ihren Simulationen konnte der Algorithmus in fast drei Vierteln der Fälle die Anzahl und genaue Position der Planeten bestimmen. In den Fällen, in denen die Anzahl der Objekte korrekt ermittelt wurde, war es zudem möglich, die tatsächliche Helligkeit des extrem lichtschwachen Planeten zu bestimmen.

Inwieweit sich die Computersimulation auf die reale Beobachtung von Exoplaneten übertragen lässt, ist unklar. Bei echten Teleskopen könnten zahlreiche Rauschquellen die Ergebnisse verzerren. Aber: Die Arbeit der südkoreanischen Forscher:innen stellt laut Universe Today einen großen Fortschritt bei der Entwicklung von bildgebenden Systemen auf Quantenbasis dar.

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