Kleiner Exoplanet mit Wasserdampf in der Atmosphäre
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie astronews.com
29. Januar 2024
Mit dem Weltraumteleskop Hubble ist es gelungen,
den kleinsten extrasolaren Planeten zu beobachten, bei dem sich Wasserdampf in
der Atmosphäre nachweisen lässt. Der Planet GJ 9872d befindet sich in 97
Lichtjahre Entfernung im Sternbild Fische. Wie die ferne Welt allerdings genau
aussieht, kann das Forschungsteam noch nicht sagen und hofft auf neue Daten von
James Webb.
Künstlerische Darstellung des Exoplaneten GJ
9827d (oben). Er umkreist den roten Zwergstern GJ 9827. Zwei
innere Planeten des Systems sind in der Mitte und links zu
sehen.
Bild:
NASA, ESA, Leah Hustak und Ralf Crawford (STScI) [Großansicht] |
"Das wäre das erste Mal, dass wir durch die Untersuchung von Atmosphären
direkt zeigen können, dass diese wasserreichen Planeten in der Umgebung anderer
Sterne tatsächlich existieren können", sagt Teammitglied Björn Benneke vom
Trottier-Institut zur Erforschung von Exoplaneten an der Universität von
Montréal in Kanada. "Damit handelt es sich um einen wichtigen Schritt, um die
Verbreitung und Vielfalt von Atmosphären auf Gesteinsplaneten zu bestimmen." Und
Laura Kreidberg, Direktorin der Abteilung "Atmospheric Physics of Exoplanets" am
Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) und mitverantwortlich für das zugrunde
liegende Beobachtungsprogramm mit dem Weltraumteleskop Hubble ergänzt:
"Wasser auf einem so kleinen Planeten ist eine bahnbrechende Entdeckung. Es
bringt uns der Charakterisierung von wirklich erdähnlichen Welten näher als je
zuvor."
Es ist jedoch noch zu früh, um sagen zu können, ob Hubble
spektroskopisch eine kleine Menge Wasserdampf in einer aufgeblähten,
wasserstoffreichen Atmosphäre gemessen hat oder ob die Atmosphäre des Planeten
hauptsächlich aus Wasser besteht, das zurückgeblieben ist, nachdem eine
urzeitliche Wasserstoff/Helium-Atmosphäre unter der Strahlung des Sterns
verdampft ist. "Unser Beobachtungsprogramm unter der Leitung von Ian Crossfield
von der Universität von Kansas in Lawrence, USA, wurde speziell mit dem Ziel
entwickelt, nicht nur die Moleküle in der Atmosphäre des Planeten aufzuspüren,
sondern auch gezielt nach Wasserdampf zu suchen. Jedes Ergebnis wäre aufregend,
egal ob Wasserdampf dominiert oder nur ein kleiner Bestandteil einer von
Wasserstoff dominierten Atmosphäre ist", sagt Pierre-Alexis Roy vom Trottier-Institut.
Angesichts seines Alters von etwa sechs Milliarden Jahren und der Nähe zu
seinem Wirtsstern sollte GJ 9872d jedoch aufgrund der intensiven Strahlung den
größten Teil seines ursprünglichen Wasserstoffs verloren haben, so dass
wahrscheinlich eine von Wasserdampf geprägte Atmosphäre zurückblieb. Ansonsten
ist jeder Versuch, Wasserstoffsignaturen zu entdecken, bisher gescheitert. "Bis
jetzt waren wir nicht in der Lage, die Atmosphäre eines so kleinen Planeten
direkt nachzuweisen. Aber wir kommen jetzt langsam in diesen Bereich", fügt
Benneke hinzu. "Irgendwann, wenn wir immer kleinere Planeten untersuchen, muss
es einen Übergang geben, bei dem es auf diesen kleinen Welten keinen Wasserstoff
mehr gibt und sie Atmosphären besitzen, die eher der Venus ähneln, die von
Kohlendioxid dominiert wird."
Da der Planet mit 400 Grad Celsius so heiß ist wie die Venus, wäre er
definitiv eine unwirtliche, feucht-heiße Welt, wenn die Atmosphäre überwiegend
aus Wasserdampf bestünde. Derzeit kann das Team nur zwei Möglichkeiten in
Betracht ziehen. Der Planet klammert sich noch immer an eine wasserstoffreiche
Hülle, die mit Wasser durchsetzt ist, und ist damit ein Mini-Neptun. Oder er
könnte eine wärmere Version des Jupitermondes Europa sein, der unter seiner
Kruste doppelt so viel Wasser wie die Erde hat. "Der Planet GJ 9827d könnte halb
Wasser, halb Gestein sein. Und es gäbe eine Menge Wasserdampf auf einem
kleineren Gesteinskörper", sagt Benneke.
Nehmen wir an, der Planet hat eine wasserreiche Restatmosphäre. In diesem
Fall muss er sich in größerer Entfernung von seinem Wirtsstern gebildet haben,
wo die Temperatur niedriger ist als an seinem jetzigen Standort und Wasser in
Form von Eis vorhanden ist. In diesem Szenario wäre GJ 9827d näher an den Stern
gewandert und hätte mehr Strahlung abbekommen, wodurch sich das Eis in Wasser
und Dampf verwandelt hätte. Der Wasserstoff wurde dann erhitzt und entkam oder
ist noch dabei, der schwachen Schwerkraft des Planeten zu entfliehen. Die
alternative Theorie besagt, dass sich der Planet in der Nähe des heißen Sterns
gebildet hat, mit Spuren von Wasser in seiner Atmosphäre.
Das Hubble-Programm beobachtete den Planeten während elf Transits -
Ereignisse, bei denen er vor seinem Stern vorbeizog - in einem Abstand von drei
Jahren. Während der Transits wird das Sternenlicht durch die Atmosphäre des
Planeten gefiltert und weist den spektralen Fingerabdruck von Wassermolekülen
auf. Sollte es auf dem Planeten Wolken geben, sind sie niedrig genug, um
Hubbles Blick auf die Atmosphäre nicht vollständig zu verdecken, und das
Teleskop kann Wasserdampf über den Wolken aufspüren. Die Entdeckung durch
Hubble öffnet das Tor zu einer genaueren Untersuchung des Planeten.
Deshalb haben Astronomen und Astronominnen, darunter auch vom MPIA, GJ 9827d
kürzlich mit dem Weltraumteleskop James Webb beobachtet. Sie suchten
detaillierter nach Spuren von Wasser und anderen Molekülen. "Wir können es kaum
erwarten zu sehen, was diese Daten ergeben", sagt Kreidberg. "Hoffentlich können
wir jetzt die Frage nach Wasserwelten ein für alle Mal klären."
GJ 9827d wurde im Jahr 2017 vom Kepler-Weltraumteleskop der NASA entdeckt. Er
umkreist seine Sonne, einen roten Zwergstern, alle 6,2 Tage. Der Stern, GJ 9827,
liegt 97 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Fische.
Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal
Letters veröffentlicht.
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