Hubble und Swift beobachten Veränderungen in der Atmosphäre eines Exoplaneten

Ein internationales Team aus Astronomen hat unter Verwendung von Daten des Hubble Space Telescope eine beispiellose Beobachtung gemacht und signifikante Veränderungen in der Atmosphäre eines Planeten registriert, der außerhalb unseres Sonnensystems liegt.

Die Wissenschaftler schlussfolgern, dass die atmosphärischen Veränderungen als Reaktion auf eine starke Eruption auf dem Zentralstern des Planeten stattfanden – einem Ereignis, das vom Swift-Satelliten der NASA beobachtet wurde.

„Der Anwendungsbereich multipler Wellenlängen von Hubble und Swift hat uns einen beispiellosen Einblick in die Interaktion zwischen einem Ausbruch auf einem aktiven Stern und der Atmosphäre eines Riesenplaneten gegeben“, sagte der leitende Forscher Alain Lecavelier des Etangs vom Paris Institute of Astrophysics (IAP), einem Teil des French National Scientific Research Center an der Pierre and Marie Curie University in Paris.

Der Exoplanet ist HD 189733b, ein mit Jupiter vergleichbarer Gasriese, der jedoch 14 Prozent größer und auch etwas schwerer ist. Der Planet umkreist seinen Stern in einer Entfernung von nur drei Millionen Meilen (etwa 4,8 Millionen Kilometer oder rund 30 Mal näher als die Erde von der Sonne entfernt ist) und benötigt für eine volle Umkreisung 2,2 Tage. Sein Stern namens HD 189733A besitzt etwa 80 Prozent der Größe und Masse unserer Sonne.

Astronomen klassifizieren den Planeten als einen „heißen Jupiter“. Vorherige Hubble-Beobachtungen zeigen, dass die tiefe Atmosphäre des Planeten eine Temperatur von circa 1.030 Grad Celsius erreicht.

HD 181933b zieht regelmäßig vor seinem Zentralstern vorbei (Transit genannt) und diese Ereignisse geben Astronomen die Gelegenheit, die Atmosphäre und Umgebung des Planeten zu untersuchen. In einer vorherigen Studie benutzte eine Gruppe unter Leitung von Lecavelier des Etangs das Hubble-Teleskop um zu zeigen, dass Wasserstoffgas aus der oberen Atmosphäre des Planeten entweicht. Die Entdeckung machte HD 189733b zu dem Zeitpunkt zum zweiten bekannten „verdampfenden“ Exoplaneten.

Das System ist nur 63 Lichtjahre entfernt und liegt damit so nah, dass sein Zentralstern mit einem Fernglas in der Nähe des berühmten Hantelnebels beobachtet werden kann. Das machte HD 189733b zu einem idealen Zielobjekt, um die Prozesse zu studieren, welche das Entweichen der Atmosphäre antreiben.

Animation des Exoplaneten HD 189733b und seines Zentralsterns, die den Röntgenausbruch als Grund für das Entweichen der Atmosphäre verdeutlicht und die vorgenommenen Messungen erklärt. (NASA / Goddard Space Flight Center)

„Astronomen haben die Einzelheiten der atmosphärischen Verdampfung seit Jahren erörtert und die Untersuchung von HD 189733b ist unsere beste Gelegenheit, um den Prozess zu verstehen“, sagte Vincent Bourrier, ein Doktorand am IAP und Teammitglied bei der neuen Studie.

Wenn HD 189733b vor seinem Stern vorbeizieht, passiert ein Teil des Sternenlichts die Atmosphäre des Planeten. Diese Wechselwirkung prägt Informationen über die Zusammensetzung und Bewegung der planetaren Atmosphäre in das Licht des Sterns ein.

Im April 2010 beobachteten die Forscher einen einzelnen Transit mit dem Hubble Space Telescope Imaging Spektrograph (STIS), aber sie registrierten keine Spur der Planetenatmosphäre. Nachfolgende Beobachtungen mit dem STIS im September 2011 zeigten eine überraschende Wendung mit deutlichen Hinweisen darauf, dass eine Gaswolke von dem Exoplaneten entweicht.

Die Forscher bestimmten, dass jede Sekunde mindestens 1.000 Tonnen Gas die Atmosphäre des Planeten verlassen hatten. Die Wasserstoffatome entwichen mit Geschwindigkeiten von mehr als 480.000 Kilometern pro Stunde. Die Ergebnisse werden in einer kommenden Ausgabe des Journals Astronomy & Astrophysics erscheinen.

Weil Röntgenstrahlung und extrem ultraviolettes Sternenlicht die Atmosphäre des Planeten aufheizen und wahrscheinlich ihr Entweichen vorantreiben, hat das Team den Stern auch mit dem X-ray Telescope (XRT) an Bord des Swift-Satelliten überwacht. Am 7. September 2011, nur acht Stunden vor der Beobachtung des Transits durch Hubble, beobachtete Swift den Stern, als er einen starken Ausbruch entfesselte. Er wurde im Röntgenbereich um den Faktor 3,6 heller – eine Spitze in seinen Emissionen, die größer als die der Sonne waren.

„Die Nähe des Planeten zu dem Stern bedeutet, dass er von einem Röntgenausbruch getroffen wurde, der zehntausende Male stärker war als die Menge, welche die Erde während einer Sonneneruption der X-Klasse (der stärksten Kategorie) erleidet“, sagte Co-Autor Peter Wheatley, ein Physiker von der University of Warwick in England.

Bezugnehmend auf die enorme Größe des Planeten betont das Team, dass HD 189733b etwa drei Millionen Mal mehr Röntgenstrahlen empfängt, als die Erde aus einer Sonneneruption der X-Klasse erhält.

Hubble ist ein internationales Gemeinschaftsprojekt zwischen der NASA und der European Space Agency. Swift wird in Zusammenarbeit mit verschiedenen US-Einrichtungen und Partnern im Vereinigten Königreich, Italien, Deutschland und Japan betrieben. Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) leitet beide Missionen.

Quelle: http://www.nasa.gov/topics/universe/features/exoplanet-atmosphere.html

(THK)