NASA-TELESKOPE ENTHüLLEN DIE ATMOSPHäRE EINES SELTSAMEN HYBRIDEN EXOPLANETEN

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Da draußen im Weltraum gibt es einen ungewöhnlichen Exoplaneten namens Gliese 3470 b (GJ 3470 b.). Es ist eine seltsame Welt, eine Art Hybrid zwischen Erde und Neptun. Es hat einen felsigen Kern wie die Erde, ist aber von einer Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium umgeben. Diese Kombination ist anders als alles in unserem eigenen Sonnensystem.

Der Planet umkreist einen roten Zwergstern namens Gliese 3470 im Sternbild Krebs. GJ 3470 b hat ungefähr 12,6 Erdmassen, was bedeutet, dass es ungefähr auf halber Strecke zwischen Erde und Neptun liegt. (Neptun ist ungefähr 17 Erdmassen.)

Dank der Kepler-Mission wissen wir, dass es in diesem Massenbereich viele Exoplaneten gibt. Es ist möglich, dass bis zu 80% der Planeten in diesen Bereich fallen, obwohl zukünftige Exoplaneten-Missionen dies zweifellos klarstellen werden. Bis jetzt haben Astronomen die Atmosphäre eines dieser Planeten nicht genau unter die Lupe genommen, weshalb ihre Entstehung ein Rätsel ist.

Das Hubble- und das Spitzer-Weltraumteleskop haben sich zusammengetan, um die Atmosphäre von GJ 3470 b genau zu betrachten. Es ist das erste Mal, dass Astronomen den chemischen Fingerabdruck der Atmosphäre eines Planeten wie diesem identifizieren konnten. Sie fanden heraus, dass der Planet eine fast makellose Uratmosphäre aus Wasserstoff und Helium hat, ohne dass schwerere Elemente vorhanden sind.

Und das ist ein bisschen rätselhaft.

"Wir haben so etwas im Sonnensystem nicht, und das macht es auffällig."
Björn Benneke von der Universität von Montreal in Kanada

Halber Stern, halber Planet?

GJ 3470 b mit seiner Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium ähnelt in gewisser Weise eher einem Stern als einem Planeten. Unsere eigene Sonne besteht zu 73% aus Wasserstoff und der Rest besteht fast ausschließlich aus Helium. Nur ein winziger Teil der Sonne besteht aus schwereren Elementen wie Sauerstoff, Neon, Eisen und Kohlenstoff. Die Gasriesen Jupiter und Saturn bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, enthalten aber auch andere Verbindungen wie Methan und Ammoniak sowie schwerere Elemente. Diese Verbindungen fehlen in GJ 3470 b fast vollständig.

„Dies ist eine große Entdeckung aus der Perspektive der Planetenbildung. Der Planet umkreist sehr nahe am Stern und ist weit weniger massereich als Jupiter - das 318-fache der Erdmasse -, hat es jedoch geschafft, die ursprüngliche Wasserstoff / Helium-Atmosphäre aufzubauen, die durch schwerere Elemente weitgehend „nicht verschmutzt“ wird “, sagte Björn Benneke von der Universität Montreal in Kanada, in einer Pressemitteilung der NASA. "Wir haben so etwas im Sonnensystem nicht, und das macht es auffällig."

Die Astronomen, die hinter dieser Arbeit stehen, kombinierten die Mehrwellenlängenfähigkeiten beider Weltraumteleskope, um einen guten Einblick in die Atmosphäre des GJ 3470 b zu erhalten. Sie haben dazu die Absorption von Sternenlicht gemessen, während der Exoplanet vor seinem Wirtsstern durchging. Sie haben auch den Verlust von reflektiertem Licht gemessen, als der Exoplanet hinter dem Stern vorbeiging. Insgesamt beobachteten die beiden Weltraumteleskope 12 Transite und 20 Finsternisse.

Astronomen verwenden Spektroskopie, um die chemischen Fingerabdrücke von Wasserstoff und Helium in der Atmosphäre zu identifizieren, und die Natur der Atmosphäre des Planeten hat dies alles möglich gemacht. Es ist größtenteils klar mit sehr wenig Dunst, was bedeutet, dass sie tief in die Atmosphäre schauen konnten. "Zum ersten Mal haben wir eine spektroskopische Signatur einer solchen Welt", sagte Benneke.

Diese Spektroskopie ergab jedoch etwas Unerwartetes. Die Astronomen dachten, sie würden eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie der Planet Neptun finden, mit schwereren Elementen wie Sauerstoff und Kohlenstoff. Stattdessen fanden sie eine Atmosphäre, die der Sonne ähnelte.

"... wir haben eine Atmosphäre gefunden, die so arm an schweren Elementen ist, dass ihre Zusammensetzung der Wasserstoff / Helium-reichen Zusammensetzung der Sonne ähnelt."
BJÖRN BENNEKE DER UNIVERSITÄT MONTREAL IN KANADA

"Wir erwarteten eine Atmosphäre, die stark an schwereren Elementen wie Sauerstoff und Kohlenstoff angereichert ist und reichlich Wasserdampf und Methangas bildet, ähnlich wie wir es bei Neptun sehen", sagte Benneke. "Stattdessen fanden wir eine Atmosphäre, die so arm an schweren Elementen ist, dass ihre Zusammensetzung der Wasserstoff / Helium-reichen Zusammensetzung der Sonne ähnelt."

Zusammensetzen

Jetzt, da die Astronomen dank der kombinierten Kraft der Hubble- und Spitzer-Weltraumteleskope die Atmosphäre des Exoplaneten gut im Griff haben, können sie beginnen zu verstehen, wie sich dieser seltsame Planet gebildet haben könnte.

GJ 3470 b steht in scharfem Kontrast zu anderen Exoplaneten. Astronomen glauben, dass sich andere Exoplaneten, zum Beispiel heiße Jupiter, in großer Entfernung von ihrer Sonne bilden und dann nach innen wandern. Aber Astronomen glauben, dass sich dieser Exoplanet sehr nahe an seinem roten Zwergstern gebildet hat, nahe an der Stelle, an der er sich heute befindet.

Es bildete sich wahrscheinlich zuerst als winziges felsiges Objekt, das ungefähr zur gleichen Zeit wie der Stern in der Mitte der protoplanetaren Scheibe verstrickt war. Es hätte seine Atmosphäre aus demselben Urmaterial in der Scheibe gesammelt oder angehäuft, aus der sich der Stern gebildet hatte. Und das würde seine Wasserstoff / Helium-Atmosphäre erklären und warum ihm schwerere Elemente fehlen.

"Dies ist eine große Entdeckung aus der Perspektive der Planetenbildung."
BJÖRN BENNEKE DER UNIVERSITÄT MONTREAL IN KANADA

"Wir sehen ein Objekt, das Wasserstoff aus der protoplanetaren Scheibe anreichern konnte, aber nicht weggelaufen ist, um ein heißer Jupiter zu werden", sagte Benneke. "Dies ist ein faszinierendes Regime."

Was vielleicht passiert ist, ist, dass sich immer noch Materie von der Scheibe angesammelt hat, aber der Stern schneller gewachsen ist und sich die Scheibe aufgelöst hat. Dies verhinderte, dass GJ 3470 b größer wurde und den Gasriesen in unserem Sonnensystem ähnlicher wurde, mit schwereren Elementen in ihrer Atmosphäre.

Im Moment steht hier unser Verständnis dieses faszinierenden, seltsamen Exoplaneten. Sobald das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) betriebsbereit ist, erfahren Sie mehr darüber.

Das JWST ist ein leistungsstarkes Weltraumteleskop, das mit beispielloser Empfindlichkeit ins Infrarot sehen kann. Es wird in der Lage sein, die Atmosphäre von GJ 3470 b und anderen Exoplaneten zu untersuchen und Dinge zu enthüllen, die noch nicht gesehen wurden. Insbesondere werden Wellenlängen beobachtet, die die Verschleierung von Trübungen nahezu transparent machen.

Dann wird unser Verständnis aller Exoplaneten, nicht nur dieses, sprunghaft zunehmen.