JWST beobachtet Silikatwolken auf fernem Exoplaneten

Illustration des Exoplaneten VHS 1256 b mit seinen Silikatwolken. (Credits: Illustration: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))
Illustration des Exoplaneten VHS 1256 b mit seinen Silikatwolken. (Credits: Illustration: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

Forscher haben mit dem James Webb Space Telescope Silikatwolkenstrukturen in der Atmosphäre eines fernen Exoplaneten beobachtet. Die Atmosphäre ist während ihres 22-stündigen Tages ständig in Bewegung und lässt wärmeres Gas aufsteigen und kühleres absinken. Die resultierenden Helligkeitsveränderungen sind so deutlich, dass es das veränderlichste Objekt von planetarer Masse ist, dass die Wissenschaft bisher kennt.

Das Team unter Leitung von Brittany Miles von der University of Arizona führte auch außerordentlich klare Nachweise von Wasser, Methan und Kohlenstoffmonoxid in den Webb-Daten durch und fand Hinweise auf Kohlenstoffdioxid. Dies ist die größte Anzahl an Molekülen, die bisher gemeinsam auf einem Planeten jenseits unseres Sonnensystems identifiziert wurden.

Katalogisiert als VHS 1256 b, liegt der Planet rund 40 Lichtjahre entfernt und umkreist nicht einen, sondern zwei Sterne mit einer Periode von 10.000 Jahren. “VHS 1256 b liegt etwa vier Mal weiter von seinem Stern entfernt als Pluto von unserer Sonne, was ihn zu einem großartigen Ziel für das Webb-Teleskop macht”, sagte Miles. “Das bedeutet, dass das Licht des Planeten nicht durch das Licht seiner Sterne kontaminiert wird.” Höher in seiner Atmosphäre, wo die Silikatwolken toben, erreicht die Temperatur brütende 830 Grad Celsius.

Innerhalb dieser Wolken registrierte Webb sowohl größere als auch kleinere Silikatstaubkörnchen anhand eines Spektrums. “Die feineren Silikatkörnchen in seiner Atmosphäre könnten mehr wie winzige Rauchteilchen sein”, sagte die Co-Autorin Beth Biller von der University of Edinburgh in Schottland. “Die größeren Körnchen könnten eher sehr heißen und sehr kleinen Sandpartikeln gleichen.”

VHS 1256 b besitzt verglichen mit massereicheren Braunen Zwergen eine geringe Gravitationskraft, was zufolge hat, dass seine Silikatwolken höher in seiner Atmosphäre erscheinen und bleiben können, wo Webb sie registrieren kann. Ein anderer Grund dafür, dass seine Atmosphäre so turbulent ist, ist das Alter des Planeten. In astronomischen Maßstäben betrachtet, ist er recht jung. Seit seiner Entstehung sind erst 150 Millionen Jahre vergangen – und er wird sich noch über Milliarden Jahre verändern und abkühlen.

In vielerlei Hinsicht betrachtet das Team diese Ergebnisse als die ersten “Münzen”, die aus der Schatztruhe der Webb-Daten herausgefischt werden. Sie haben gerade erst begonnen, den Inhalt zu erkennen. “Wir haben Silikate identifiziert, aber besser zu verstehen, welche Körnchengrößen und -formen zu welchen Wolkentypen passen, wird noch viel weitere Arbeit erfordern”, sagte Miles. “Dies ist nicht das letzte Wort, das über diesen Planeten gesprochen wird – es ist der Anfang der Suche nach einem umfassenden Modellierungsansatz, der zu Webbs komplexen Daten passt.”

Obwohl alle von dem Team beobachteten Strukturen bereits mit anderen Teleskopen auf anderen Planeten anderswo in der Milchstraßen-Galaxie registriert wurden, identifizierten andere Forschungsteams normalerweise nur eines gleichzeitig. “Kein anderes Teleskop hat so viele Strukturen auf einmal bei einem einzigen Ziel identifiziert”, sagte der Co-Autor Andrew Skemer von der University of California in Stanta Cruz. “Wir sehen viele Moleküle in einem einzigen Spektrum des Webb-Teleskops, das die dynamischen Wolken und Wettersysteme des Planeten detailliert beschreibt.”

Das Team gelangte zu diesen Schlussfolgerungen durch die Analyse von Daten, die als Spektren bezeichnet werden. Sie werden von zwei Instrumenten an Bord des Webb-Teleskops gesammelt, dem Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) und dem Mid-Infrared Instrument (MIRI). Weil der Planet seine Sterne in einer derart großen Entfernung umkreist, konnten die Forscher ihn direkt beobachten, ohne die Transitmethode oder einen Koronografen für die Datensammlung zu nutzen.

Grafische Darstellung des Spektrums mit den identifizieren Molekülen. (Credits: Image: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI); Science: Brittany Miles (University of Arizona), Sasha Hinkley (University of Exeter), Beth Biller (University of Edinburgh), Andrew Skemer (University of California, Santa Cruz))
Grafische Darstellung des Spektrums mit den identifizieren Molekülen. (Credits: Image: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI); Science: Brittany Miles (University of Arizona), Sasha Hinkley (University of Exeter), Beth Biller (University of Edinburgh), Andrew Skemer (University of California, Santa Cruz))

In den kommenden Monaten und Jahren wird es noch viel mehr über VHS 1256 b zu erfahren geben, wenn dieses Team und andere die hochauflösenden Infrarotdaten Webbs sichten werden. “Es gibt viele Ergebnisse im Bezug zur recht überschaubaren Teleskopzeit”, sagte Biller. “Mit nur wenigen Beobachtungsstunden haben wir etwas, was sich wie ein unendliches Potenzial für weitere Entdeckungen anfühlt.”

Was könnte in Milliarden Jahren aus diesem Planeten werden? Weil er so weit entfernt von seinen Sternen ist, wird er mit der Zeit kühler werden und seine Atmosphäre könnte sich von wolkig zu klar wandeln.

Die Forscher beobachteten VHS 1256 b als Teil des Early Release Science Program, das dafür gedacht ist, die Möglichkeiten der astronomischen Gemeinschaft zur Charakterisierung von Planeten und den Scheiben, in denen sie entstehen, zu verbessern.

Die Studie des Teams mit dem Titel “The JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems II: A 1 to 20 Micron Spectrum of the Planetary-Mass Companion VHS 1256-1257 b” wurde am 22. März 2023 in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

Quelle

(THK)

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