Astronomen beobachten Atmosphäre des Exoplaneten WASP-39b im Detail

Künstlerische Darstellung des Exoplaneten WASP-39b neben seinem Zentralstern. (Credits: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI))
Künstlerische Darstellung des Exoplaneten WASP-39b neben seinem Zentralstern. (Credits: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI))

Ein internationales Forschungsteam hat das NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble verwendet, um die Atmosphäre des heißen Exoplaneten WASP-39b zu untersuchen. Durch die Kombination dieser neuen Daten mit älteren Daten erhielten sie die bislang vollständigste Studie einer exoplanetaren Atmosphäre. Die atmosphärische Zusammensetzung von WASP-39b weist darauf hin, dass sich der Entstehungsprozess von Exoplaneten sehr von der Entstehung der Gasriesen in unserem eigenen Sonnensystem unterscheiden kann.

Die Untersuchung exoplanetarer Atmosphären kann neue Einblicke liefern, wie und wo Planeten um einen Stern entstehen. “Wir müssen nach außen blicken, um unser eigenes Sonnensystem besser zu verstehen”, erklärte die leitende Wissenschaftlerin Hannah Wakeford von der University of Exeter in Großbritannien und dem Space Telescope Science Institute in den USA.

Dafür kombinierte das britisch-amerikanische Team die Fähigkeiten des NASA/ESA-Weltraumteleskops Hubble mit jenen von anderen boden- und weltraumbasierten Teleskopen für eine Detailstudie des Exoplaneten WASP-39b. Die Forscher haben das vollständigste Spektrum der Atmosphäre eines Exoplaneten erstellt, das mit heutiger Technologie möglich ist. Die Daten, die für die Erstellung des vollständigen Spektrums verwendet wurden, kamen auch vom NASA-Weltraumteleskop Spitzer sowie vom Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO). Darüber hinaus wurden außerdem noch ältere Hubble-Daten genutzt.

WASP-39b umkreist einen sonnenähnlichen Stern, etwa 700 Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Exoplanet ist als “Heißer Saturn” klassifiziert, was sich darauf bezieht, dass seine Masse mit der des Planeten Saturn in unserem Sonnensystem vergleichbar ist. Diese Studie ergab, dass die beiden Planeten, obwohl sie eine vergleichbare Masse besitzen, in vielerlei Hinsicht völlig verschieden sind. WASP-39b hat kein bekanntes Ringsystem, und außerdem weist er eine aufgeblähte Atmosphäre auf, die frei von hochliegenden Wolken ist. Diese Eigenschaft erlaubte Hubble, tiefer in seine Atmosphäre zu blicken.

Wenn Sternlicht die Atmosphäre eines Exoplaneten passiert, interagiert es mit den Atomen und Molekülen in ihr. Das hinterlässt einen schwachen Fingerabdruck der Atmosphäre im Spektrum des Sterns. Bestimmte Spitzen und Täler in dem resultierenden Spektrum stimmen mit den entsprechenden Atomen und Molekülen überein, was Forschern erlaubt, exakt zu sehen, aus welchen Gasen die Atmosphäre besteht.

Durch die Aufspaltung von Sternlicht, das durch die planetare Atmosphäre gefiltert wurde, fand das Team deutliche Belege für atmosphärischen Wasserdampf. In der Tat besitzt WASP-39b dreimal mehr Wasser als Saturn. Obwohl die Wissenschaftler vorhergesagt hatten, dass sie Wasserdampf sehen würden, waren sie überrascht von der Menge, die sie vorfanden. Diese Überraschung, gepaart mit der Häufigkeit von Wasser, erlaubte dem Team, die Präsenz großer Mengen schwerer Elemente in der Atmosphäre abzuleiten. Das wiederum spricht dafür, dass der Planet von viel eishaltigem Material bombardiert wurde, das sich in seiner Atmosphäre anreicherte. Diese Art Bombardement wäre nur möglich, wenn WASP-39b viel weiter von seinem Zentralgestirn entfernt entstand, als dort, wo er sich jetzt befindet.

“WASP-39b zeigt, dass Exoplaneten voller Überraschungen stecken, und dass sie andere Zusammensetzungen haben können als die Planeten in unserem Sonnensystem”, sagte der Co-Autor David Sing von der University of Exeter.

Illustration des Exoplaneten WASP-39b im Hintergrund mit dem Spektrum seiner Atmosphäre. (Credits: NASA, ESA, G. Bacon and A. Feild (STScI), and H. Wakeford (STScI / Univ. of Exeter)
Illustration des Exoplaneten WASP-39b im Hintergrund mit dem Spektrum seiner Atmosphäre. (Credits: NASA, ESA, G. Bacon and A. Feild (STScI), and H. Wakeford (STScI / Univ. of Exeter)

Die Analysen der atmosphärischen Zusammensetzung und der aktuellen Position des Planeten lassen darauf schließen, dass WASP-39b höchstwahrscheinlich eine interessante Migration nach innen vollzog und eine epische Reise quer durch sein Planetensystem machte. “Exoplaneten zeigen uns, dass die Planetenbildung komplizierter und verwirrender ist, als wir dachten. Und das ist fantastisch”, ergänzte Wakeford.

Nach seiner unglaublichen Reise liegt WASP-39b jetzt achtmal näher an seinem Zentralstern WASP-39 als Merkur an der Sonne, und er benötigt nur vier Tage für eine Umkreisung. Der Planet hat außerdem eine gebundene Rotation, was bedeutet, dass er seinem Stern immer dieselbe Seite zuwendet. Wakeford und ihr Team bestimmten die Temperatur von WASP-39b auf glühende 750 Grad Celsius. Obwohl nur eine Seite des Planeten in Richtung seines Zentralstern weist, transportieren starke Winde Hitze von der hellen Seite um den Planeten herum, was seine dunkle Seite fast genau so heiß hält.

“Hoffentlich wird die Vielfalt, die wir bei Exoplaneten sehen, uns dabei helfen, all die unterschiedlichen Möglichkeiten herauszufinden, wie ein Planet entstehen und sich entwickeln kann”, erklärte David Sing.

Vorausblickend möchte das Team das für 2019 geplante James Webb Space Telescope der NASA/ESA/CSA nutzen, um ein noch vollständigeres Spektrum der Atmosphäre von WASP-39b zu erstellen. Das James Webb Space Telescope wird in der Lage sein, Daten über den atmosphärischen Kohlenstoff des Planeten zu sammeln, der Licht in längeren Wellenlängen absorbiert, als Hubble beobachten kann. Im Hinblick auf die große Menge schwerer Elemente in der Atmosphäre von WASP-39b sagen Wakeford und ihr Team voraus, dass Kohlenstoffdioxid die dominante Kohlenstoffform sein wird. Dies könnte mit dem NIRSpec-Instrument des James Webb Space Telescope bei einer Wellenlänge von 4,5 Mikrometern gemessen werden. Solche Nachfolgestudien würden dem Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis und dem Metallgehalt der Atmosphäre von WASP-39b engere Grenzen setzen.

“Durch die Berechnung der Kohlenstoffmenge und Sauerstoffmenge in der Atmosphäre können wir sogar noch mehr darüber erfahren, wo und wie dieser Planet entstand”, schlussfolgerte Wakeford.

Abhandlung: “The complete transmission spectrum of WASP-39b with a precise water constraint” von H. Wakeford et al.

Quelle

(THK)

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1 Kommentar

  1. Wat hamwa gelernt? ☺ Wat hamwa gehört? 😱 Danke für die gute, mal herrlich unphysikalische Themenauswahl. Und Danke für das Thema Druck im Studium: ich vermute, dass in den Agenden mancher Lehrstühle auch die Idee schlummert den Studierenden Stressresistenz per Stress bei zu bringen Zuletzt noch was weiterführendes zu Eurem schauerlichen Experiment der Woche: Warum sind Flöten höher als Klarinetten? Die Länge einer Flöte ist die halbe Wellenlänge ihres Tons, die der Klarinette ein Viertel. Glück auf! Max

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