Video: Wenn der Planet WASP-107b vor seinem Stern vorbeizieht, scheint Licht durch seine Atmosphäre zu uns, in dem Hinweise auf Substanzen in seiner Gashülle stecken. © Illustration: LUCA School of Arts, Belgium/ Klaas Verpoest (visuals), Johan Van Looveren (typography). Science: Achrène Dyrek (CEA and Université Paris Cité, France), Michiel Min (SRON, the Netherlands), Leen Decin (KU Leuven, Belgium) / European MIRI EXO GTO team / ESA / NASA
Eine turbulente Gashülle im Visier: Astronomen haben in der Atmosphäre eines „aufgeblähten“ Exoplaneten neben den Signaturen von Wasserdampf und Schwefeldioxid Hinweise auf Wolken aus Silikat-Partikeln entdeckt. Offenbar führt ein intensiver Materialtransport in der heißen Gashülle dazu, dass sich dieser Sand in den hochgelegenen Atmosphärenschichten bilden kann, erklären die Wissenschaftler.
Nachdem mittlerweile Tausende von Planeten um ferne Sterne identifiziert wurden, wollen Astronomen nun immer mehr Details über diese Welten herausfinden. So stehen nun auch ihre Gashüllen im Fokus. Deren Merkmale versuchen die Wissenschaftler dabei buchstäblich zu durchschauen: Sie untersuchen die Spektren des Lichts, das durch die Hüllen der Exoplaneten schimmert, wenn sie vor ihrem Zentralstern vorbeiziehen. Die Merkmale der „gefilterten“ Strahlung, die uns erreicht, können dabei Rückschlüsse über das Vorhandensein bestimmter Substanzen in den Exoplaneten-Atmosphären ermöglichen. Seit dem letzten Jahr können Wissenschaftler dazu auch den scharfen Blick des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) nutzen. Die Daten seines im mittleren Infrarot arbeitenden MIRI-Spektrometers können weit detailliertere Analysen des „Schimmerlichts“ ermöglichen als zuvor.
Ein besonderer Kandidat im Visier
Das internationale Forscherteam hat nun einen Exoplaneten mit dem JWST ins Visier genommen, der bereits zuvor durch seine ungewöhnlichen Merkmale aufgefallen ist. WASP-107b umkreist einen von uns etwa 200 Lichtjahre entfernen Stern, der etwas kühler und weniger massereich ist als unsere Sonne. Früheren Untersuchungen zufolge besitzt der Planet eine ähnliche Masse wie unser Neptun, doch seine Ausmaße gleichen eher denen des viel größeren Jupiter. Er besitzt folglich eine ungewöhnlich geringe Dichte, die darauf zurückzuführen ist, dass seine Atmosphäre weit ins All hinausreicht und dort entsprechend dünn ist. Diese Gashülle eignet sich damit besonders für tiefe Einsichten, denn das Licht des Sterns kann vergleichsweise gut durch sie hindurchscheinen, erklären die Astronomen.
Wie sie berichten, hat der verschärfte Blick mit dem JWST nun interessante Aspekte der Atmosphäre des ungewöhnlichen Himmelskörpers aufgedeckt. Zunächst zeichneten sich demnach die Signaturen von Wasserdampf und Schwefeldioxid ab. Mit dem H2O hatten die Forscher gerechnet, doch der Nachweis des SO2 war eine Überraschung, hebt das Team hervor. Denn Modelle hatten zuvor seine Abwesenheit vorhergesagt. Doch dann entwickelten die Wissenschaftler neue Simulationen, die die Bildung dieser Substanz erklären können. Die geringe Dichte der Atmosphäre von WASP-107b führt demnach dazu, dass hochenergetische Photonen tief in die oberen Schichten eindringen können. Dort können sie dann die chemischen Reaktionen hervorrufen, die zur Bildung des Schwefeldioxids führen, sagen die Forscher.
Atmosphären-Dynamik mit sandigem Effekt
Doch der wohl interessanteste Befund ist der spektroskopische Hinweis auf das Vorhandensein von Silikat-Partikeln in den oberen Atmosphärenschichten. Es handelt sich dabei um Substanzen, die der Hauptbestandteil dessen sind, was wir als Sand bezeichnen. Dieses Material bildet den Befunden zufolge in der Gashülle von WASP-107b Wolken aus. Sie sind offenbar auf das Verdampfen in heißen, tieferen Schichten und das anschließende Kondensieren beziehungsweise Ausfrieren in kühleren, höheren Lagen zurückzuführen. Dass die Sandwolken dabei so hochgelegene Bereiche in der Atmosphäre erreichen können, führen die Astronomen auf starke Turbulenzen zurück, die einen intensiven Materialtransport antreiben.
„Das System scheint dem Wasserdampf- und Wolkenzyklus auf unserer Erde sehr ähnlich zu sein, allerdings handelt es sich im Fall von WASP-107b eben um Tröpfchen aus Silikat”, erklärt Co-Autor Michiel Min vom Niederländischen Institut für Weltraumforschung SRON in Utrecht. “Dass wir die Sandwolken dabei so hoch oben in der Atmosphäre sehen, legt nahe, dass die Sandregentropfen in tieferen, sehr heißen Schichten verdampfen und der dabei entstehende Silikatdampf effizient nach oben transportiert wird, wo er sich erneut zu den Sandwolken von WASP-107b verdichtet”, erklärt der Wissenschaftler.
Die Studie hat somit spannende Einblicke in die Dynamik und Chemie dieses faszinierenden Exoplaneten geliefert. Dazu sagt Erst-Autor Leen Decin von der belgischen KU Leuven abschließend: „Das James-Webb-Weltraumteleskop revolutioniert die Charakterisierung von Exoplaneten. Die Entdeckung von Wolken aus Sand sowie Wasser und Schwefeldioxid bei WASP-107b ist dabei ist ein wichtiger Schritt. Solche Befunde können unser Verständnis der Planetenentstehung und -entwicklung verändern und neues Licht auf unser eigenes Sonnensystem werfen“, so der Astronom.
Quelle: KU Leuven – Institute of Astronomy
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