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EXTRASOLARE PLANETEN
Strahlungsausbruch ließ Atmosphäre verdampfen
von Stefan Deiters
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28. Juni 2012

Astronomen haben mit Hilfe des Weltraumteleskops Hubble eine dramatische Veränderung in der oberen Atmosphäre eines extrasolaren Planeten nachweisen können. Offenbar führte ein intensiver Strahlungsausbruch des Zentralsterns zu einem Verdampfen von Teilen der Atmosphäre des heißen Jupiter HD 189733b. Der Ausbruch war zuvor vom NASA-Satelliten Swift registriert worden.

HD 189733b

So könnte der Planet HD 189733b vor seinem Zentralstern aussehen.  Bild: NASA, ESA, L. Calçada

Die Atmosphäre des extrasolaren Planeten um den Stern HD 189733 dürfte vermutlich zu den am besten untersuchten Atmosphären einer Welt jenseits unseres Sonnensystems gehören (astronews.com berichtete wiederholt). Bei HD 189733b handelt es sich nämlich um einen Transitplaneten, der - von der Erde aus gesehen - regelmäßig vor seiner Sonne vorüberzieht und diese damit leicht verdunkelt. Zu dieser Zeit passieren auch Teile des Sternenlichts die Atmosphäre des Planeten. Die spektrale Untersuchung dieses Lichts erlaubt dann Rückschlüsse auf deren Zusammensetzung und Eigenschaften.

Alain Lecavelier des Etangs vom Institut d’astrophysique de Paris hat mit seinen Kollegen HD 189733b Anfang 2010 und Ende 2011 mit Hubble beobachtet, um den Verdacht zu bestätigen, dass die Atmosphäre des Planeten langsam verdampft. Dies hatte das Team bereits einige Jahre zuvor bei einem anderen extrasolaren Planeten nachweisen können.

Bei HD 189733b handelt es sich um einen sogenannten heißen Jupiter, also um einen Gasriesen, der seinen Zentralstern in äußerst geringem Abstand umkreist. Dadurch ist die Atmosphäre nicht nur äußerst heiß, sondern auch einer intensiven Strahlung des Zentralsterns im UV- und Röntgenbereich ausgesetzt. HD 189733b ist also ein ideales Studienobjekt, um die Wechselwirkungen zwischen einem Stern und einer Planetenatmosphäre zu untersuchen.

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"Die ersten Beobachtungen waren enttäuschend", erinnert sich Lecavelier. "Wir haben darin nämlich überhaupt keine Spur der Planetenatmosphäre entdecken können. Erst als wir die Daten der zweiten Beobachtung erhielten, begann uns klar zu werden, dass wir auf etwas Interessantes gestoßen sein könnten." Bei den Beobachtungen im Jahr 2011 waren nämlich Spuren eines deutlichen Gasschweifs zu erkennen, der mit einer Rate von mindestens 1.000 Tonnen pro Sekunde vom Planeten ins All geblasen wurde. "Wir konnten also nicht nur bestätigen, dass die Atmosphären einiger Planeten verdampfen, wir haben sogar beobachtet, dass sich die physikalischen Bedingungen bei den verdampfenden Atmosphären mit der Zeit verändern können. Das war zuvor noch niemandem gelungen."

Doch wie konnte es zu diesen dramatischen Veränderungen kommen? Trotz der extremen Temperatur, die auf dem Planeten herrschen sollte, dürfte es auf HD 189733b nämlich nicht heiß genug sein, um das 2011 beobachtete Verdampfen zu erklären. Die Astronomen vermuten daher, dass dieses Ereignis mit der intensiven Strahlung des Zentralsterns im Röntgen- und ultravioletten Bereich zu tun hat. So sollte HD 189733b beispielsweise eine rund dreimillionenfach höhere Dosis an Röntgenstrahlung abbekommen als die Erde von der Sonne.

Die These der Astronomen wird von Beobachtungen des NASA-Satelliten Swift gestützt. Dieser registrierte, nur wenige Stunden bevor Hubble 2011 mit den Beobachtungen von HD 189733b begann, einen plötzlichen Strahlungsausbruch von der Oberfläche des Sterns. Im Röntgenbereich wurde er dadurch um einen Faktor vier heller. "Röntgenstrahlen machen nur einen kleinen Teil der Abstrahlung eines Sterns aus, es ist allerdings der Teil, der energiereich genug ist, um das Verdampfen der Atmosphäre auszulösen", erklärt Teammitglied Peter Wheatley von der englischen University of Warwick. "Es handelte sich immerhin um den hellsten Röntgenausbruch des Sterns, der bislang beobachtet wurde. Es ist sehr wahrscheinlich, dass er der Grund für das Verdampfen war, das Hubble dann einige Stunden später beobachtet hat."

Durch die starken Röntgenstrahlen des Ausbruchs könnte das Gas in der oberen Atmosphäre des Planeten so aufgeheizt worden sein, dass es sogar der starken Anziehungskraft des Riesenplaneten entkommen konnte. Allerdings, so die Astronomen, sei es auch möglich, dass das Verdampfen der Atmosphäre nichts mit dem beobachteten Strahlungsausbruch, sondern beispielsweise mit einem generellen Anstieg der Röntgenabstrahlung des Sterns zwischen 2010 bis 2011 zu tun hat. Dieser Anstieg könnte ähnliche Ursachen haben wie der Aktivitätszyklus unserer Sonne. 

Das Team, das die Ergebnisse der Beobachtungen in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics beschreiben wird, hofft, den genauen Grund für das Verdampfen der Atmosphäre durch weitere Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble und auch mit dem europäischen Röntgenteleskop XMM-Newton klären können. Das Ergebnis ist auch deswegen interessant, weil es sich bei einigen als "Supererden" bezeichneten Gesteinsplaneten, die ihre Sonne auch in nur geringem Abstand umrunden, um die Überreste von Gasriesen wie HD 189733b handeln könnte, bei denen aber inzwischen die gesamte Atmosphäre verlorengegangen ist.

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siehe auch
Extrasolare Planeten: Kleines Teleskop hilft bei Exoplanetenforschung - 4. Februar 2010
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Spitzer: Stürmische Winde auf HD 189733b - 10. Mai 2007
Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
Links im WWW
spacetelescope.org
Preprint des Fachartikels bei spacetelescope.org (pdf)
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