Künstlerische Darstellung des Exoplaneten „GJ 9827d“ (Illu.).
Copyright: NASA, ESA, Leah Hustak and Ralf Crawford (STScI)
Montréal (Kanada) – Mit dem Hubble-Weltraumteleskop haben Astronomen Wasserdampf in der Atmosphäre eines kleinen Planeten entdeckt, der den Stern „GJ 9827d“ in nur 97 Lichtjahren Distanz zur Sonne umkreist. Es ist der bislang kleinste Exoplanet, in dessen Atmosphäre Wasserdampf nachgewiesen werden konnte.
Wie das Team um Pierre-Alexis Roy und Björn Benneke von der Université de Montréal aktuell im „The Astrophysical Journal Letters“ (DOI: 10.3847/2041-8213/acebf0) berichtet, wurde der Planet „GJ 9827d“ bereits 2017 mit dem NASA-Weltraumteleskop „Kepler“ entdeckt. Er umkreist sein Zentralgestirn, ein roter Zwergstern im Sternbild Fische, einmal alle 6,2 Tage.
„Es wäre das erste Mal, dass wir direkt und durch atmosphärische Detektion zeigen können, dass es derart wasserreiche Atmosphären um andere Sterne existieren können“, so Benneke. „Dies ist ein wichtiger Schritt zur Bestimmung der Verbreitung und Vielfalt der Atmosphären von Gesteinsplaneten.“
Derzeit sei es jedoch noch zu früh, zu sagen, ob Hubble spektroskopisch eine kleine Menge Wasserdampf in einer wasserstoffreichen Atmosphäre gemessen hat oder ob die Atmosphäre des Planeten größtenteils aus Wasser besteht, wie sie zurückbleibt, nachdem eine urzeitliche Wasserstoff-/Heliumatmosphäre unter Sternstrahlung verdampft ist.
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„Unser Beobachtungsprogramm wurde speziell mit dem Ziel entwickelt, nicht nur die Moleküle in der Atmosphäre des Planeten aufzuspüren, sondern tatsächlich gezielt nach Wasserdampf zu suchen. Jedes Ergebnis wäre spannend, unabhängig davon, ob Wasserdampf vorherrscht oder nur ein winziger Teil davon in einem von Wasserstoff-dominierten Atmosphäre“, erläutert Roy.
„Bisher war es uns nicht möglich, die Atmosphäre eines so kleinen Planeten direkt zu erfassen. Doch genau in diesen Bereich dringen wir jetzt langsam vor“, fügt Benneke hinzu. „Irgendwann, wenn wir kleinere Planeten untersuchen, muss es einen Übergang geben, bei dem es auf diesen kleinen Welten keinen Wasserstoff mehr gibt und sie eine Atmosphäre haben, die eher der Venus ähnelt (die von Kohlendioxid dominiert wird).“
Da der Planet mit etwa 425 °C genauso heiß ist wie die Venus, wäre es definitiv eine unwirtliche, dampfende Welt, wenn die Atmosphäre überwiegend aus Wasserdampf bestünde. Derzeit bleiben dem Team zwei Möglichkeiten. Der Planet klammert sich immer noch an eine wasserstoffreiche Hülle, die ihn zu einem Mini-Neptun macht. Alternativ könnte es sich um eine wärmere Version des Jupitermondes Europa handeln, der unter seiner Kruste doppelt so viel Wasser wie die Erde hat. „Der Planet GJ 9827d könnte zur Hälfte aus Wasser und zur Hälfte aus Gestein bestehen. Und auf einem kleineren Gesteinskörper würde sich viel Wasserdampf befinden“, so Benneke. „Wenn der Planet noch über eine wasserreiche Atmosphäre verfügt, muss er sich weiter entfernt von seinem Heimatstern gebildet haben, wo die Temperatur kalt ist und Wasser in Form von Eis verfügbar ist, als an seinem jetzigen Standort. In diesem Szenario wäre der Planet dann näher an den Stern gewandert und hätte mehr Strahlung erhalten. Der Wasserstoff wurde dann erhitzt und entkam der schwachen Schwerkraft des Planeten oder ist immer noch dabei, dieser zu entkommen. Die alternative Theorie besagt, dass sich der Planet in der Nähe des heißen Sterns gebildet hat und eine Spur Wasser in seiner Atmosphäre aufweist. Das Hubble-Programm beobachtete den Planeten während elf Transits – Ereignisse, bei denen der Planet vor seinem Stern vorbeizog –, die über drei Jahre verteilt waren. Bei Transiten wird Sternenlicht durch die Atmosphäre des Planeten gefiltert und trägt den spektralen Fingerabdruck von Wassermolekülen. Wenn es Wolken auf dem Planeten gibt, befinden sie sich tief genug in der Atmosphäre, sodass sie Hubbles Sicht auf die Atmosphäre nicht vollständig verdecken, und Hubble ist in der Lage, Wasserdampf über den Wolken zu untersuchen.“
Hubbles Entdeckung öffnet nun also die Tür für eine detailliertere Erforschung des Planeten mit dem James-Webb-Weltraumteleskop, um Infrarotspektroskopie durchzuführen und nach anderen atmosphärischen Molekülen zu suchen.
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Recherchequelle: ESA
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