Extremhitze mit mobilisierendem Effekt: Astronomen haben in der Atmosphäre eines “ultraheißen Jupiters” mehrere gesteinsbildende Elemente nachgewiesen. Sie gehören somit wohl auch zum Baumaterial kühlerer Gasplaneten wie Saturn und Jupiter, wo sie verborgen bleiben. Die verdampften Elemente in der Atmosphäre des höllischen Exoplaneten können damit auch Licht auf die Zusammensetzung und Entstehungsgeschichte der Himmelskörper unseres Sonnensystems werfen, erklären die Wissenschaftler.
Astronomen haben mittlerweile tausende von Exoplaneten aufgespürt und teilweise grundlegend charakterisiert – nun rücken immer mehr die Merkmale der Atmosphären der fernen Welten ins Visier der Forschung. Um Einblicke in die Zusammensetzung der Gashüllen gewinnen zu können, kommt die Methode der Transitspektroskopie zum Einsatz. Dabei wird das Licht analysiert, das durch die Atmosphären zu uns leuchtet, wenn Exoplaneten vor ihrem Zentralstern vorbeiziehen. Die spektralen Signaturen dieser Strahlung ermöglichen dabei Rückschlüsse auf das Vorkommen bestimmter Substanzen.
Im Fokus der aktuellen Studie der Forscher um Stefan Pelletier von der Universität Montreal stand dabei nun ein besonders exotischer Exoplanet, der sich etwa 634 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Fische befindet: WASP-76b ist ein extremes Exemplar der Kategorie der sogenannten heißen Jupiter, die dem Gasriesen unseres Sonnensystems ähneln, aber ihren Wirtsstern viel näher umkreisen. Bei WASP-76b ist der Abstand besonders klein – er ist seinem Stern etwa zwölfmal näher als der Merkur der Sonne. Dadurch erhitzt sich seine Atmosphäre extrem – auf rund 2000 Grad Celsius. Diese Hitze bläht das Volumen des Planeten auf fast das Sechsfache des Jupiters auf, haben frühere Untersuchungen gezeigt.
Hitze deckt Verborgenes auf
WASP-76b stand schon zuvor im Visier der Atmosphärenforschung und es wurden auch bereits interessante Substanzen nachgewiesen. In der aktuellen Studie haben sich Pelletier und seinen Kollegen jetzt allerdings der Frage gewidmet, ob sich in der Gashülle auch spezielle Bestandteile nachweisen lassen, die in der Atmosphäre kühlerer Gasriesenplaneten verborgen bleiben würden. Die Grundlage der Studie bildeten dabei Spektraldaten, die das Nördliche Gemini-Teleskop auf Hawaii bei drei Passagen des Planeten vor seinem Stern geliefert hat.
Wie das Team berichtet, konnten sie anhand der Signaturen in der Strahlung nun neue Elemente in der Atmosphäre von WASP-76b nachweisen: Natrium, Kalium, Lithium, Nickel, Mangan, Chrom, Magnesium, Barium, Calcium und Vanadium. Wie das Team erklärt, verdampfen diese auf der Erde in Gesteinen vorkommenden Elemente durch die extremen Temperaturen in der Atmosphäre von WASP-76b. Dadurch sind sie auch in den oberen Schichten in gasförmiger Form vorhanden. Wie die Forscher hervorheben, beleuchten die Ergebnisse nicht nur die Merkmale des Exoten selbst – sie werfen auch Licht auf andere Riesenplaneten. Denn es ist davon auszugehen, dass diese Elemente auch zur Zusammensetzung von Jupiter und Co beitragen. Diese Planeten sind aber zu kalt, um diese Elemente in ihren Atmosphären sichtbar zu machen, erklären die Wissenschaftler.
Ferner Informant für die Sonnensystem-Forschung
Der Nachweis und die relativen Mengen dieser speziellen Elemente können somit wichtige Informationen über unser Sonnensystem liefern. “Es ist bemerkenswert, dass wir von einem Exoplaneten, der Hunderte von Lichtjahren entfernt ist, etwas über unser eigenes Sonnensystem lernen können, das wir sonst wahrscheinlich nie erfahren würden”, sagt Pelletier. Wie das Team weiter berichtet, stimmt der Anteil vieler der bei WASP-76b nachgewiesenen Elemente interessanterweise mit dem in unserer Sonne und auch im Zentralstern von WASP-76b überein. Dies ist den Forschern zufolge wohl kein Zufall: Es handelt sich um einen weiteren Hinweis darauf, dass sich Gasriesenplaneten wie Jupiter und Saturn eher auf eine Art und Weise bilden, die der Sternentstehung ähnelt.
Ein weiteres wichtiges Ergebnis der Studie ist der eindeutige Nachweis von Vanadiumoxid bei einem Exoplaneten, hebt das Team hervor. “Dieses Molekül ist für Astronomen von großem Interesse, da es einen großen Einfluss auf die atmosphärische Struktur von heißen Riesenplaneten haben kann”, erklärt Pelletier. “Denn Vanadiumoxid spielt eine ähnliche Rolle wie das Ozon, da es die obere Atmosphäre der Erde extrem effizient aufheizt.”
Pelletier und seine Kollegen wollen WASP-76b nun auch weiterhin im Blick behalten sowie weitere ultraheiße Exoplaneten ins Visier nehmen. So hoffen sie, mehr Informationen sammeln zu können, die möglicherweise nur diese Extremwelten der Astronomie liefern können.
Quelle: Association of Universities for Research in Astronomy (AURA), Fachartikel: Nature, doi: 10.1038/s41586-023-06134-0
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