Das Ende Dezember 2021 ins All gestartete James-Webb-Weltraumteleskop hat erst im Frühsommer 2022 seinen wissenschaftlichen Betrieb aufgenommen – und schon mit seinen ersten Aufnahmen alle Erwartungen erfüllt und sogar übertroffen. Denn seine im Nahinfrarot und mittleren Infrarot arbeitenden Kameras und Spektrografen haben bereits weiter in den frühen Kosmos hineingeblickt als jedes Teleskop vor ihm und auch nähere astronomische Objekte in ganz neuer Schärfe gezeigt. Eine weitere Aufgabe des Teleskops ist es jedoch, neue Informationen über die Atmosphären von extrasolaren Planeten zu liefern. Vor allem der Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) und der Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) des Webb-Teleskops sind speziell dafür ausgelegt. Wichtig sind die Daten zu Exoplaneten-Atmosphären deshalb, weil sie verraten können, wie ihre Gashülle und Oberfläche beschaffen ist, welche Prozesse auf den Planeten ablaufen, wie sie sich entwickelt haben und nicht zuletzt, ob auf ihnen Leben existiert.
Spektraler Blick auf heißen Gasriesen
Jetzt ist Astronomen mit dem James-Webb-Teleskop in diesem Bereich ein wichtiger Durchbruch gelungen. Das Team unter Leitung von Natalie Batalha von der University of California in Santa Cruz hatte für ihre Studie den rund 700 Lichtjahre entfernten Exoplaneten WASP-39 b anvisiert. Dieser hat etwa die Masse des Saturn, ist aber auf die 1,3-fache Größe des Jupiters aufgebläht. Grund dafür ist die geringe Entfernung zu seinem sonnenähnlichen Mutterstern. Er umkreist ihn in einem Abstand von etwa einem Achtel der Entfernung des Merkurs zur Sonne und benötigt für einen Umlauf nur gut vier Tage. Der Gasriese wird dadurch auf rund 900 Grad aufgeheizt. “Die Hitze bewirkt, dass sich die Atmosphäre des Planeten ausdehnt, und so ist WASP-39b ein Drittel größer als Jupiter, der größte Gasriese unseres Sonnensystems”, erklärt Co-Autorin Monika Lendl von der Universität Genf.
Der 2011 entdeckte Gasriese zieht von uns aus gesehen bei seinen Umläufen direkt vor seinem Stern vorbei. Bei diesen Transits strahlt das Licht des Sterns durch die aufgeblähte Atmosphäre des Planeten. Die in der Gashülle enthaltenen Moleküle und Elemente absorbieren dabei spezifische Anteile des Lichts und hinterlassen dadurch im Lichtspektrum charakteristische Absorptionslinien. Für WASP-39 b hatten die Weltraumteleskope Hubble und Spitzer bereits Spektrallinien von Kalium, Wasserdampf und Natrium nachgewiesen. Ihre Auflösung reichte jedoch nicht aus, um auch weitere Moleküle eindeutig zu identifizieren. Dies gelang nun dem Nahinfrarot-Spektrografen des James-Webb-Teleskops.
