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Wir haben gerade die detaillierteste Ansicht der Atmosphäre eines Exoplaneten erhalten

Wir haben gerade die detaillierteste Ansicht der Atmosphäre eines Exoplaneten erhalten
Written by admin

WASP-39b, ein etwa 700 Lichtjahre entfernter Gasriese, erweist sich als exoplanetare Fundgrube.

Anfang dieses Jahres war WASP-39b Gegenstand der erste Erkennung überhaupt Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb des Sonnensystems.

Jetzt hat uns eine gründliche Analyse von Daten des James Webb Space Telescope (JWST) eine absolute Goldgrube an Informationen geliefert: den detailliertesten Blick, den es je auf die Atmosphäre eines Exoplaneten gegeben hat.

Die Ergebnisse umfassen Informationen über die Wolken von WASP-39b, den ersten direkten Nachweis von Photochemie in der Atmosphäre eines Exoplaneten und eine nahezu vollständige Bestandsaufnahme der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre, die verlockende Hinweise auf die Entstehungsgeschichte von Exoplaneten liefert.

Diese epischen Entdeckungen wurden in fünf Artikeln veröffentlicht Naturund den Weg für die eventuelle Entdeckung der chemischen Signaturen des Lebens außerhalb des Sonnensystems ebnen.

„Diese frühen Beobachtungen sind ein Vorbote weiterer erstaunlicher Wissenschaften, die mit JWST kommen werden“, sagt die Astrophysikerin Laura KreidbergDirektor des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Deutschland.

„Wir haben das Teleskop auf Herz und Nieren getestet, um die Leistung zu testen, und es war nahezu fehlerfrei, sogar besser als wir gehofft hatten.“

Seit die ersten Exoplaneten in den frühen 1990er Jahren entdeckt wurden, haben wir versucht, mehr über diese Welten zu erfahren, die fremde Sterne umkreisen.

Aber die Herausforderungen waren schwierig. Exoplaneten können extrem klein und extrem weit entfernt sein. Die meisten von ihnen haben wir noch nie gesehen: Wir wissen von ihrer Existenz nur aufgrund der Wirkung, die sie auf ihre Wirtssterne haben.

Ein solcher Effekt tritt auf, wenn der Exoplanet zwischen uns und dem Stern vorbeizieht, ein Ereignis, das als Transit bezeichnet wird. Dadurch wird das Sternenlicht leicht gedimmt; Periodische Dimmerereignisse deuten auf die Anwesenheit eines umlaufenden Körpers hin. Wir können sogar sagen, wie groß dieser umlaufende Körper ist, basierend auf den Dimm- und Gravitationseffekten auf den Stern.

Und es gibt noch etwas, was wir basierend auf den Transitdaten sagen können. Wenn das Sternenlicht die Atmosphäre des vorbeiziehenden Exoplaneten passiert, ändert es sich. Bestimmte Wellenlängen im Spektrum werden gedimmt oder aufgehellt, je nachdem, wie Moleküle in der Atmosphäre Licht absorbieren und wieder emittieren.

Das Signal ist schwach, aber mit einem ausreichend starken Teleskop und Transitstack können die sich ändernden Absorptions- und Emissionseigenschaften über das Spektrum hinweg dekodiert werden, um den Inhalt der Atmosphäre eines Exoplaneten zu bestimmen.

JWST ist das leistungsstärkste Weltraumteleskop, das je gestartet wurde. Mit drei seiner vier Instrumente erhielt es detaillierte Infrarotspektren des Sterns WASP-39. Anschließend machten sich die Wissenschaftler an die Analyse der Farbcodes.

Die erste war eine Zählung der in der Atmosphäre von WASP-39b vorhandenen Moleküle. Zusätzlich zum oben genannten Kohlendioxidwiesen die Forscher Wasserdampf, Natrium und Kohlenmonoxid nach. Es wurde kein Methan nachgewiesen, was bedeutet, dass die Metallizität von WASP-39b höher ist als die der Erde.

Auch die Fülle dieser Elemente ist aufschlussreich. Bemerkenswerterweise deutet das Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis darauf hin, dass sich der Exoplanet viel weiter von seinem Mutterstern entfernt gebildet hat als seine derzeitige nahe Position und eine viertägige Umlaufbahn einnimmt. Und Modellierungs- und Beobachtungsdaten deuten darauf hin, dass der Himmel des Exoplaneten von zerbrochenen Wolken bevölkert ist, nicht aus Wasser, sondern aus Silikaten und Sulfiten.

Schließlich zeigten die Beobachtungen das Vorhandensein einer Verbindung namens Schwefeldioxid. Hier im Sonnensystem, auf felsigen Welten wie Venus und Jupiters Mond das, Schwefeldioxid ist das Ergebnis vulkanischer Aktivität. Aber auf den Gaswelten hat Schwefeldioxid eine andere Entstehungsgeschichte: Es entsteht, wenn Schwefelwasserstoff durch Licht in seine Bestandteile zerlegt und der dabei entstehende Schwefel oxidiert wird.

Photoneninduzierte chemische Reaktionen sind bekannt als Photochemieund sie haben Auswirkungen auf die Bewohnbarkeit, die Stabilität einer Atmosphäre und die Aerosolbildung.

WASP-39b, um es klar zu sagen, ist aus einer ganzen Reihe von Gründen wahrscheinlich nicht lebenslang bewohnbar, wie wir es kennen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf seine sengende Temperatur und gasförmige Zusammensetzung, aber der photochemische Nachweis hat Auswirkungen auf atmosphärische Studien aus anderen Welten und das Verständnis der Entwicklung von WASP-39b selbst.

Planetenwissenschaftler bereiten sich seit Jahren auf die Einblicke in Atmosphären vor, die JWST liefern sollte. Mit der ersten detaillierten Analyse der Atmosphäre des Exoplaneten scheint das Weltraumteleskop seine Versprechen zu halten.

Darüber hinaus bereiten die an dieser Forschung beteiligten Teams eine Dokumentation vor, damit andere Wissenschaftler ihre Techniken auf zukünftige Beobachtungen von JWST-Exoplaneten anwenden können.

Wir können die Signaturen des Lebens in der Atmosphäre eines Exoplaneten mit JWST nicht erkennen – vielleicht wird ein noch leistungsstärkeres Teleskop benötigt, um dieses Maß an feinen Details zu liefern – aber mit der Analyse von WASP-39b scheint diese Entdeckung immer verlockender in Reichweite zu sein.

“Daten wie diese” sagt die Astronomin Natalie Batalha von der University of California Santa Cruz, “sie sind ein Spielveränderer.”

Die Forschung wird veröffentlicht Natur und kann im Vorabdruck gelesen werden hier, hier, hier, hierUnd hier.

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