Der Planet Smertrios umkreist seinen gelben Zwergstern, umgeben von einem blauen Halo, der Wasser in seiner Atmosphäre darstellt (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Astronomen haben möglicherweise das Vorhandensein von Wasser in der Atmosphäre eines glühend heißen Planeten entdeckt, der auch einer der „metallischsten“ Welten ist, die je entdeckt wurden. Die Entstehung des Planeten bleibt ein Rätsel, das durch diese Entdeckung gelöst werden könnte.
Der fragliche extrasolare Planet oder „Exoplanet“ ist HD 149026 b, der auch unter dem Namen „Smertrios“ bekannt ist, was so viel bedeutet wie „der Versorger“ oder „der Versorger“, der in der gälischen Tradition als Gott des Krieges verehrt wird. Smertrios umkreist einen gelben Unterriesenstern namens HD 149026, der etwa 247 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Der Planet ist etwa 4 Millionen Meilen von seinem Mutterstern entfernt und vollendet eine Umlaufbahn in weniger als drei Erdtagen. Mit einer Breite von etwa drei Vierteln der des Jupiters wird Smertrios als „heißer Saturn“ eingestuft, eine Planetenklasse, die ihren Namen von dem kleineren Gasriesen des Sonnensystems hat.
Die Nähe von Smertrios zu seinem Stern bedeutet, dass er in einer Gezeitenkonstellation mit einer permanenten Tagseite lebt, die immer seinem Wirtsstern zugewandt ist, wo die Temperaturen auf bis zu 1.420 Grad Celsius (2.600 Grad Fahrenheit) ansteigen. Seine relativ kühlere Nachtseite ist immer dem Weltraum zugewandt. Aber die Dichte und die Zusammensetzung von Smertrios, der 2005 entdeckt wurde, als er die Seite seines Sterns kreuzte oder „durchquerte“, sind das, was ihn wirklich seltsam macht.
„Ein heißer Saturn ist eine Art von Exoplanet, der als „heißer Gasriese“ bezeichnet wird. Heiße Gasriesen sind Exoplaneten, die eine ähnliche Größe wie Jupiter oder Saturn haben, aber ihre Wirtssterne in extrem geringen Abständen umkreisen. Normalerweise haben sie eine Umlaufzeit von weniger als zehn Tagen, was bedeutet, dass ein Jahr auf diesen Planeten weniger als eine Woche dauern könnte!“ Sayyed Ali Rafi, Teil des Teams hinter der Entdeckung und Astronomieforscher an der Universität von Tokio, sagte gegenüber kosmischeweiten.de. „Dieser Planet ist von besonderem Interesse, weil er einer der metallreichsten und dichtesten Gasriesen ist, von denen wir bisher wissen.“
Wenn Astronomen wie Ali Rafi von „Metallen“ sprechen, meinen sie damit Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium. Als das James Webb Space Telescope (JWST) Smertrios im Jahr 2023 untersuchte, stellte das leistungsstarke Weltraumteleskop fest, dass die Metallizität des Planeten, also der Anteil der Metalle im Verhältnis zum Wasserstoff, viel höher ist als bei den meisten heißen Saturnplaneten und größeren heißen Jupitern. Dieses Verhältnis ist bei Smertrios auch viel größer als bei den Sonnensystemriesen Jupiter und Saturn.
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Metalle werden normalerweise als umgekehrt proportional zur Masse von Gasriesen betrachtet. Das heißt, je größer ein Gasriese wird, desto weniger Metalle sollte er haben. Smertrios widersetzt sich diesem Trend. Außerdem wurde festgestellt, dass der Planet einen anomal großen festen Kern hat, weshalb seine Dichte so hoch ist.
„Die Zusammensetzung des Planeten scheint nicht mit den aktuellen Entstehungsszenarien, die wir für heiße Gasriesen haben, vereinbar zu sein, und ist bis heute ein Rätsel“, sagt Ali Rafi. „Dies zeigt, wie wichtig es ist, die Atmosphäre des Planeten zu beobachten, da sie dazu beitragen könnte, die Entstehungsgeschichte des Planeten anhand seiner atmosphärischen Eigenschaften wie Metallizität und Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis aufzuklären.“
Aus welcher Richtung weht der Wind auf Smertrios?
Um die seltsame Atmosphäre von Smertrios zu untersuchen und hoffentlich herauszufinden, warum der Planet so „metallisch“ ist, wandten sich Ali Rafi und seine Kollegen an den CARMENES-Spektrographen, ein Instrument des Calar-Alto-Observatoriums in Spanien.
Elemente und chemische Moleküle absorbieren und emittieren Licht in charakteristischen Wellenlängen. Wenn ein Planet wie Smertrios die Oberfläche seines Sterns durchquert, hinterlassen die Elemente in seiner Atmosphäre „Fingerabdrücke“ im gefilterten Sternenlicht. CARMENES kann diese Fingerabdrücke lesen und den Astronomen sagen, woraus die Atmosphäre besteht. Die Untersuchung von Smertrios mit CARMENES zeigte die Fingerabdrücke von Wasserdampf. Dies kann dazu beitragen, die Häufigkeit anderer Elemente in der Atmosphäre des Planeten besser einzugrenzen.
Ali Rafi erklärte, dass die Annahme, dass elementarer Sauerstoff in der Atmosphäre heißer Gasriesen wie Smertrios häufiger vorkommt als elementarer Kohlenstoff, bedeutet, dass Wasser und Kohlenmonoxid zwei der am häufigsten vorkommenden „Tracer“-Spezies sind, die die Beschaffenheit dieser Atmosphäre erklären können.
„Wenn wir also die Häufigkeit beider Moleküle bestimmen können, sind wir in der Lage, das atmosphärische Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis einzugrenzen, was sehr wichtig ist, weil es als eine Art Tracer-Charakteristik für die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte von Gasriesenplaneten wie HD 149026 b dienen könnte“, fügte Ali Rafi hinzu. „Der Nachweis von Wasser in der Atmosphäre ist der erste Schritt zu einer solchen Charakterisierung und daher so wichtig.“
Ein Größenvergleich zwischen Smertrios (Mitte), Neptun (links) und Jupiter (rechts) (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Doch das war noch nicht alles, was das Team über Smertrios herausfand. Der heiße Saturnplanet hielt für die Forscher noch eine weitere Überraschung bereit.
Bei heißen Gasriesen, die von den Gezeiten eingeschlossen sind, führt der massive Temperaturunterschied zwischen der heißen Tagseite und der kühleren Nachtseite normalerweise zu extrem schnellen atmosphärischen Winden, die bis zu 8.046 km/h schnell werden können.
Diese wehen normalerweise von der Tagseite zur Nachtseite dieser Planeten, da sich die Winde auf den meisten anderen Planeten von den Hochtemperatur- zu den Kalttemperaturregionen bewegen. Die Winde auf Smertrios scheinen jedoch in die entgegengesetzte Richtung zu wehen, von der Nacht- zur Tagseite des Planeten.
„Da wir den Planeten beim Transit beobachten, bedeuten Winde, die zur Nachtseite wehen, dass sie in die Richtung des Beobachters blasen, und das würde zu einer Blauverschiebung des Absorptionsspektrums des Planeten führen“, erklärt Ali Rafi. „Wir haben jedoch festgestellt, dass es rotverschoben ist, und das hat uns sehr überrascht. Wir können uns mehrere Szenarien vorstellen, die die Tatsache erklären könnten, dass es tatsächlich Winde gibt, die von der Nachtseite zur Tagseite wehen“, so Ali Rafi, „eine Möglichkeit ist, dass diese Winde in tiefen atmosphärischen Schichten auftreten und ein rotverschobenes Spektrum verursachen. Der Forscher fügte hinzu, dass eine weitere Möglichkeit darin besteht, dass die Umlaufbahn von Smertrios nicht kreisförmig, sondern abgeflacht oder „exzentrisch“ ist, was zu einer Verschiebung im Spektrum führen könnte, die das Team nicht berücksichtigt hat.
„Wir brauchen weitere Beobachtungen, um eines dieser Szenarien zu bestätigen oder um festzustellen, ob es noch andere Alternativen gibt“, fügte Ali Rafi hinzu.
Die Astronomen werden nun diesen seltsamen heißen Saturn weiter untersuchen, um den Nachweis von Wasserdampf zu bestätigen.
„Wir benötigen weitere Transitbeobachtungsdaten zu diesem Planeten, um unser Ergebnis weiter zu verfolgen. Wir arbeiten jetzt daran, den Wassernachweis zu bestätigen und nach anderen atmosphärischen Spezies zu suchen sowie deren Häufigkeit einzugrenzen, um die Metallizität und das Kohlenstoff-Sauerstoff-Verhältnis genauer zu bestimmen“, schloss Ali Rafi. „Wir hoffen, dass uns dies dabei helfen kann, die Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte von Smertrios zu klären!“
Eine von Experten begutachtete Version der Forschungsarbeit des Teams ist auf der Website arXiv veröffentlicht.
