Hubble findet schwache Wassersignaturen auf dunstigen Exoplaneten

Mit dem leistungsfähigen Blick des Hubble Space Telescope haben zwei Forschungsteams schwache Signaturen von Wasser in den Atmosphären fünf entfernter Planeten gefunden. Das Vorhandensein atmosphärischen Wassers war bisher von ein paar Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bekannt, aber dies ist die erste Studie, in der die Profile und die Intensitäten dieser Signaturen auf mehreren Welten eindeutig gemessen und verglichen wurden.

Die fünf Planeten WASP-17b, HD209458b, WASP-12b, WASP-19b und XO-1b umkreisen nahe Sterne. Die Intensitäten ihrer Wassersignaturen variierten. WASP-17b, ein Planet mit einer besonders aufgeblähten Atmosphäre, und HD209458b zeigten die stärksten Signale. Die Signaturen auf den anderen drei Planeten – WASP-12b, WASP-19b und XO-1b, stimmen ebenfalls mit Wasser überein.

“Wir sind sehr sicher, dass wir eine Wassersignatur auf mehreren Planeten sehen”, sagte Avi Mandell, ein Planetenwissenschaftler vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland). Er ist der leitende Autor einer Abhandlung, die am 3. Dezember 2013 im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde und die Ergebnisse über WASP-12b, WASP-17b und WASP-19b beschreibt. “Diese Arbeit öffnet geradezu die Tür für Vergleiche dessen, wie viel Wasser in den Atmosphären verschiedener Exoplanetentypen vorhanden ist – beispielsweise auf heißen Planeten im Vergleich zu kühleren.”

Die Untersuchungen waren Teil eines Zensus über die Atmosphären von Exoplaneten, der von L. Drake Deming von der University of Maryland in College Park geleitet wurde. Beide Teams verwendeten Hubbles Wide Field Camera 3 (WFC3), um die Einzelheiten der Lichtabsorption durch die planetaren Atmosphären zu analysieren. Die Beobachtungen wurden in einem Bereich von infraroten Wellenlängen gemacht, in dem die Wassersignatur – falls vorhanden – erscheinen würde. Die Teams verglichen die Formen und Intensitäten der Absorptionsprofile und die Übereinstimmung der Signaturen gab ihnen die Sicherheit, dass sie Wasser sahen. Die Beobachtungen demonstrieren Hubbles beispielhafte Leistungsfähigkeit bei der Exoplanetenforschung.

“Die Atmosphäre eines Exoplaneten tatsächlich zu registrieren, ist außerordentlich schwierig. Aber wir waren imstande, ein sehr klares Signal herauszuziehen, und es ist Wasser”, sagte Deming. Sein Team berichtete am 10. September 2013 im Astrophysical Journal über die Ergebnisse für HD209458b und XO-1b. Demings Team nutzte eine neue Technik mit längeren Belichtungszeiten, was die Empfindlichkeit ihrer Messungen erhöhte.

Die Wassersignale waren alle weniger ausgeprägt als erwartet und die Wissenschaftler vermuten, dass dies an einer Dunst- oder Staubschicht liegt, die jeden der fünf Planeten einhüllt. Dieser Dunst kann die Intensität aller Signale aus der Atmosphäre verringern, so wie Nebel die Farben auf einem Foto blass erscheinen lassen kann. Gleichzeitig verändert Dunst die Profile der Wassersignale und anderer wichtiger Moleküle auf eine charakteristische Weise.

Dieses Video erklärt, wie die Forscher die Eigenschaften der Atmosphären von Exoplaneten messen. (NASA Goddard / ESA / Hubble)

Die fünf Planeten sind heiße Jupiter – massereiche Welten, die ihre Zentralsterne in geringer Entfernung umkreisen. Die Forscher waren anfangs überrascht, dass alle fünf Planeten dunstig zu sein schienen. Aber Deming und Mandell merkten an, dass andere Wissenschaftler Belege für Dunst auf Exoplaneten finden.

“Zusammen mit anderen Hubble-Beobachtungen zeigen uns diese Studien, dass es eine überraschend große Anzahl von Systemen gibt, bei denen das Wassersignal entweder abgeschwächt ist oder komplett fehlt”, sagte Heather Knutson vom California Institute of Technology (Caltech), eine Co-Autorin von Demings Abhandlung. “Das spricht dafür, dass wolkige oder dunstige Atmosphären bei heißen Jupitern tatsächlich recht gewöhnlich sind.”

Hubbles leistungsfähige Wide Field Camera 3 ist eine von wenigen, die in die Atmosphären von Exoplaneten hineinblicken kann, welche viele Billionen Meilen entfernt sind. Diese außergewöhnlich anspruchsvollen Untersuchungen können nur durchgeführt werden, wenn die Planeten vor ihren Zentralsternen vorbeiziehen. Forscher können die Gase in der Atmosphäre eines Planeten identifizieren, indem sie bestimmen, welche Wellenlängen des Sternlichts durchgelassen werden und welche teilweise absorbiert werden.

Quelle: http://www.nasa.gov/content/goddard/hubble-traces-subtle-signals-of-water-on-hazy-worlds/

(THK)