Der rund 850 Lichtjahre entfernte Planet WASP-121b ist ein heißer Jupiter – ein Gasriese, der seinen Mutterstern sehr eng umkreist. Für einen Umlauf benötigt er nur rund 30,5 Stunden und kehrt seinem Stern dabei immer dieselbe Seite zu. Dadurch ist seine Nachtseite „nur“ gut 1.200 Grad heiß, das ist noch genug, um die meisten Metalle zu schmelzen und Wolken und Regen aus geschmolzenen Metalltröpfchen zu bilden. Die Tagseite von WASP-121b wird dagegen vom nahen Stern auf Temperaturen von mehr als 2.700 Grad aufgeheizt – genug, um Moleküle zu zerreißen und selbst Feststoffe wie Silizium oder Metalle zu verdampfen. „Damit bietet WASP-121b eine Gelegenheit, auch die Häufigkeiten und Anteile seiner Grundkomponenten durch atmosphärische Beobachtungen einzugrenzen“, erklären Thomas Evans-Soma vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg und seine Kollegen. Denn in der extremen Hitze der Tagseite sind selbst die chemischen Elemente und Minerale gasförmig, aus denen der feste Kern des Gasplaneten besteht.
Erster Nachweis von Siliziumoxid in einer Exoplanetenatmosphäre
Für ihre Studie haben Evans-Soma und sein Team das hochauflösende Nahinfrarot-Spektrometer NIRSpec des James-Webb-Weltraumteleskops genutzt. Mit ihm beobachteten sie den Planeten knapp 38 Stunden lang und damit während einer ganzen Umkreisung seines Muttersterns. In dieser Zeit kehrte WASP-121b dem Teleskop verschiedenen Bereiche seiner Oberfläche zu, so dass die Astronomen die Bedingungen und die chemische Zusammensetzung der Tag- und Nachtseite des Planeten messen konnten. Mithilfe der Spektraldaten und einem gekoppelten Atmosphärenmodell bestimmten sie unter anderem die Menge an Wasser, CO2, Kohlenmonoxid (CO), Siliziumhydrid (SiH), Siliziumoxid (SiO) und von ionisiertem Wasserstoff (H–). Die Ergebnisse bestätigten, dass die Hitze der Tagseite selbst Moleküle wie Wasser und molekularen Wasserstoff auseinanderreißt.
Außerdem detektierten Evans-Soma und sein Team eine schwache Spektralsignatur gasförmigen Siliziumoxids. Diese Verbindung war aufgrund früherer Beobachtungen im UV-Bereich zwar schon vermutet worden, die neuen Daten des Webb-Teleskops belegen nun jedoch die Präsenz von Siliziumoxid in der Gashülle von WASP-121b. „Der Nachweis von Siliziumoxid in der Atmosphäre von WASP-121b ist bahnbrechend – es ist die erste eindeutige Identifizierung dieses Moleküls in einer Planetenatmosphäre“, sagt Co-Autorin Anjali Piette von der University of Birmingham. Spannend ist dies vor allem deshalb, weil der Anteil von Silizium und anderen verdampften Feststoffen Aufschluss über die Zusammensetzung des Planeten und damit auch über seinen Bildungsmechanismus und Entstehungsort liefert. Die Auswertung der spektralen Elementsignaturen ergab einen im Vergleich zum Mutterstern des Planeten erhöhten Anteil von Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff.
