Illustration eines Exoplaneten in einer Umlaufbahn nahe seinem Mutterstern. (Bildnachweis: Nazarii Neshcherenskyi/Getty Images)
Wissenschaftler haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) die Atmosphäre des extrem heißen Exoplaneten LTT 9779 b untersucht.
Offiziell als Cuancoá bezeichnet, wurde dieser neptungroße Exoplanet im Jahr 2020 entdeckt und umkreist seinen sonnenähnlichen Stern alle 19 Stunden. Mit einer Masse, die etwa dem 29-fachen der Erde entspricht, liegt LTT 9779 b in der sogenannten „heißen Neptun-Wüste“ – einer Kategorie von Planeten, von denen nur sehr wenige bekannt sind. Dies macht ihn zu einer seltenen und faszinierenden Entdeckung.
„Einen Planeten dieser Größe so nah an seinem Zentralstern zu finden, ist wie ein Schneeball, der im Feuer nicht geschmolzen ist“, sagte Louis-Philippe Coulombe, Doktorand an der Université de Montréal, in einer Pressemitteilung. „Es zeigt die Vielfalt der Planetensysteme und gibt uns Einblicke, wie sich Planeten unter extremen Bedingungen entwickeln.“
Das Team nutzte den Single Object Slitless Spectroscopy (SOSS)-Modus des Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) des JWST, um LTT 9779 b zu untersuchen. Dieses Instrument erfasst Licht im nahen Infrarotbereich – Wellenlängen, die knapp über dem sichtbaren Licht liegen. Dadurch eignet es sich besonders gut für die Analyse von Exoplanetenatmosphären, fernen Galaxien und schwachen Himmelsobjekten. Diese Fähigkeiten übertreffen bei Weitem die früherer Teleskope und ermöglichen es Wissenschaftlern, Details zu enthüllen, die bisher unerreichbar waren.
Für LTT 9779 b nutzte das Team den SOSS-Modus, um Wasserdampf nachzuweisen und das von seinen Wolken reflektierte Licht zu untersuchen. Diese Wolken bilden sich auf der Tagseite des Exoplaneten. Ähnlich wie der Erdmond ist LTT 9779 b gebunden rotierend, was bedeutet, dass eine Seite ständig dem Stern zugewandt ist. Aufgrund der engen Umlaufbahn erreichen die Temperaturen dort fast 2.000 Grad Celsius. Die Nachtseite hingegen bleibt in ewiger Dunkelheit.
Coulombe erklärte: „Dieser Planet bietet ein einzigartiges Labor, um zu verstehen, wie Wolken und der Wärmetransport in den Atmosphären stark bestrahlter Welten interagieren.“
Illustration eines Exoplaneten in einer Umlaufbahn nahe seinem Mutterstern. (Bildnachweis: Nazarii Neshcherenskyi/Getty Images)
Auf Gezeiten-gebundenen Gasriesen wird die atmosphärische Zirkulation durch extreme Temperaturunterschiede zwischen der permanenten Tag- und Nachtseite angetrieben. Heiße Luft steigt auf der glühend heißen Tagseite auf, während kühlere, dichtere Luft auf der Nachtseite absinkt, was eine konvektionsgetriebene Strömung erzeugt. Aufgrund des Coriolis-Effekts, der durch die Rotation des Planeten verursacht wird, entsteht daraus ein starker ostwärts gerichteter Jetstream.
Auf LTT 9779 b führt dieser Wärmetransport zu einer kühleren westlichen Tagseite, wo die Temperaturen so weit sinken, dass sich Wolken bilden können. Die Existenz dieser Wolken wird zudem mit der höheren atmosphärischen Metallizität des Planeten in Verbindung gebracht, die die Bildung reflektierender Partikel wie Aerosole begünstigt. Diese Hypothese wird durch das ungewöhnlich hohe Albedo von LTT 9779 b gestützt, was bedeutet, dass der Planet mehr Sonnenlicht reflektiert als andere Planeten mit ähnlicher Temperatur.
„Die teilweise Bewölkung auf der Tagseite des Planeten, die einen bestimmten Anteil des Sternenlichts reflektiert, beeinflusst vermutlich den Energiehaushalt des Planeten,“ schrieb das Forschungsteam in ihrer Studie.
Sie entdeckten zudem Anzeichen von Wasserdampf auf der Tagseite von LTT 9779 b. Dies bestätigt, dass Wissenschaftler die Atmosphären von bewölkten Exoplaneten untersuchen können, indem sie die abgegebene Wärme analysieren.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die dichten Wolken und die hohe Reflektivität des Planeten möglicherweise mit seiner atmosphärischen Zusammensetzung und den Zirkulationsmustern zusammenhängen.
„Durch die detaillierte Modellierung der Atmosphäre von LTT 9779 b beginnen wir, die Prozesse zu entschlüsseln, die seine fremdartigen Wetterphänomene antreiben,“ sagte Björn Benneke, Mitautor der Studie.
Das Team arbeitet nun daran, ihre Modelle mithilfe weiterer Beobachtungen zu verfeinern. Ziel ist es, besser zu verstehen, wie sich Wolken in solch extremen Umgebungen bilden und bestehen bleiben.
„Wir haben die Informationen über diesen Planeten noch nicht vollständig zusammengefügt“, fasste Jake Taylor vom Fachbereich Physik der Universität Oxford zusammen. „Aktuell nutzen wir Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops und des Very Large Telescope, um die Wolkenstruktur auf der Tagseite genauer zu untersuchen und so viel wie möglich zu erfahren.“
Eine Studie über die Atmosphäre von LTT 9779 b wurde im Fachjournal Nature Astronomy veröffentlicht.
