“Die Ermittlung der genauen Massen, Umlaufbahnen und atmosphärischen Spektren sind der Schlüssel, um die Natur und Entwicklungsgeschichte von Planeten zu bestimmen”, erklären Sylvestre Lacour vom Observatorium Paris und seine Kollegen von der GRAVITY Collaboration. Doch bisher haben selbst die stärksten Teleskope nur sehr ungenaue Spektraldaten über die Gashüllen fremder Planeten geliefert. Meist sind Kontrast und Auflösung zu gering, um mehr als nur eine globale Präsenz bestimmter Atome und Moleküle anzuzeigen. Hinzu kommt: “Das Problem bei der Emissions-Spektroskopie ist, dass das Signal eines Planeten durch stellares Licht kontaminiert ist”, so die Forscher. Das vom nahen Stern stammende Licht erzeugt ein Störrauschen, das die Struktur der planetaren Signale überlagert.
Gekoppelte Teleskope für den genauen Blick
Dieses Problem haben die Astronomen der GRAVITY Collaboration nun mithilfe der optischen Interferometrie umgangen. Bei diesem Verfahren werden Teleskope mittels Glasfaserleitungen zusammengekoppelt und ihre Beobachtungsdaten kombiniert. Beim Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) bilden die vier optischen 8,3-Meter Teleskope dadurch ein virtuelles Teleskop mit mehr als 100 Metern Größe. Der Clou dabei: Das GRAVITY-Instrument an diesem Interferometer erlaubt es, einen Stern und seinen Planeten getrennt, aber dennoch gleichzeitig zu beobachten und so ihre Spektren direkt zu vergleichen. Dadurch kann die Lichtkontamination vom Stern herausgerechnet und die resultierende Spektralanalyse präzisiert werden, wie die Forscher berichten.
Diese Methode haben Lacour und sein Team nun erstmals an dem Exoplaneten HR 8799e getestet. Der erst 30 Millionen Jahre alte Planet ist massereicher als Jupiter und umkreist seinen jungen Hauptreihenstern als innerster von mindestens vier Planeten. Das System liegt rund 129 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Pegasus. Frühere Beobachtungen deuteten darauf hin, dass der Planet HR 8799e noch sehr heiß ist: Restenergie aus seiner Entstehung und ein starker Treibhausgaseffekt heizen den Gasriesen auf eine Temperatur von etwa 1000 Grad Celsius auf, wie die Astronomen berichten. Der Exoplanet ähnelt daher in vielem einem Braunen Zwerg – einem “gescheiterten” Stern, dessen Masse nicht für die Zündung der Kernfusion ausreichte.
Starker Sturm und Wolken aus Eisen
Mithilfe von GRAVITY ist es nun gelungen, erstmals die genaue Zusammensetzung der Planetenatmosphäre zu bestimmen und sogar erste Hinweise auf das “Wetter” auf dem Gasriesen zu erhalten. Dies sei das erste Mal, dass die optische Interferometrie eingesetzt wurde, um die Details eines Exoplaneten zu enthüllen, so die Forscher. Das Spektrum des Planeten war zehn Mal detaillierter als alle früheren Beobachtungen – und enthüllte Überraschendes. “Unsere Analyse zeigte, dass HR 8799e eine Atmosphäre hat, die weitaus mehr Kohlenmonoxid als Methan enthält”, berichtet Lacour. Das habe man auf Basis der gängigen Modelle nicht erwartet. “Wir können dieses überraschende Ergebnis am besten erklären, wenn hohe vertikale Winde in der Atmosphäre verhindern, dass das Kohlenmonoxid mit Wasserstoff unter Bildung von Methan reagiert.”
