German Title: Detektion von extrasolaren Planeten mit IFS-basierendem Simultaneous Differential Imaging

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Abstract

Observations of extrasolar planets using Integral Field Spectroscopy (IFS), if coupled with an extreme Adaptive Optics system and analyzed with a Simultaneous Differential Imaging technique (SDI), are a powerful tool to detect and characterize planets directly; they enhance the signal of the planet and, at the same time, reduces the impact of stellar light and consequently important noise sources like speckles. In order to verify the efficiency of such a technique, we developed a simulation code able to test the capabilities of this IFS-SDI technique for different kinds of planets and telescopes, modelling the atmospheric and instrumental noise sources. The procedure adopted to simulate IFS observations is presented here in detail, explaining in particular how we obtain estimates of the speckle noise, Adaptive Optics corrections, specific instrumental features, and how we test the efficiency of the SDI technique to increase the signal-to-noise ratio of the planet detection. The first results obtained by the simulations show that many significant extrasolar planet detections are indeed possible using the present 8m-class telescopes within a few hours of exposure time. Furthermore, we provide here an estimation on the impact of extremely large telescope diameters on the detection of planets with IFS-SDI.

Translation of abstract (German)

Beobachtungen extrasolarer Planeten mit Integral Field Spectroscopy (IFS), in Verbindung mit extremer adaptiven Optik und der Simultaneous Differential Imaging (SDI) Methode, sind bestens geeignet, um Planeten direkt zu detektieren und zu charakterisieren; Sie verbessern das detektierte Signal des Planeten, während sie gleichzeitig den Einfluß des Sternenlichts und wichtiger Rauschquellen, wie z.B. Speckles, reduzieren. Um die Wirksamkeit einer solchen Methode zu untersuchen, wurde ein Simulationsprogramm entwickelt, das die Leistungfähigkeit der IFS-SDI Methode für verschiedene Typen von extrasolaren Planeten und Teleskopen testet. Hierzu wurden verschiedene atmosphärische und instrumentelle Rauschquellen modelliert. Das angewandte Verfahren für die Simulation der IFS Beobachtungen wird im Folgenden detailliert dargestellt. Speziell wird erläutert wie Abschätzungen für Speckle-Rauschen, Korrekturen der adaptiven Optik und spezielle instrumentelle Eigenschaften abgeleitet wurden, und wie die Effizienz der SDI Methode zur Verbesserung des Signal-zu-Rauschen Verhältnisses bei der Planetensuche getestet wurde. Die ersten Ergebnisse der Simulationen zeigen, daß zahlreiche Detektionen extrasolarer Planeten in der Tat zu erwarten sind, selbst wenn man bestehende 8m-Teleskope mit wenigen Stunden Belichtungszeit nutzt. In einer weiteren Analyse wird abgeschätzt, welche Auswirkung ein extrem grosser Teleskopdurchmesser auf die Detektion von extrasolaren Planeten mit IFS-SDI hat.