Eine Illustration des heißen Jupiters HD 189733 b. Lassen Sie sich nicht von seinem ruhigen, marmorähnlichen Aussehen täuschen.(Bildnachweis: NASA/Robert Lea (erstellt mit Canva))
Mit Hilfe des James Webb Space Telescope (JWST) haben Astronomen entdeckt, dass einer der der Erde am nächsten gelegenen „heißen Jupiter“-Planeten nach faulen Eiern stinkt. Der Planet ist bereits für seinen tödlichen Glasregen, seine extremen Temperaturen und seine seitlich wehenden Winde mit einer Geschwindigkeit von 8.046 km/h berüchtigt, aber diese Entdeckung lässt diese Welt noch weniger freundlich erscheinen.
Die eierige JWST-Schlussfolgerung resultiert aus der Entdeckung von Schwefelwasserstoff, einem Molekül, das den Gestank von faulen Eiern verströmt, in der Atmosphäre dieses extrasolaren Planeten oder „Exoplaneten“.
Dies könnte den Wissenschaftlern Aufschluss darüber geben, wie die Atmosphären von Gasriesenplaneten durch das Vorhandensein von Schwefel beeinflusst werden können, der als ein wichtiges Element bei der Entstehung von Planeten gilt.
Bei dem fraglichen Exoplaneten handelt es sich um HD 189733 b, einen Planeten mit der etwa 1,13-fachen Größe und Masse des Jupiters. Der im Jahr 2005 entdeckte Planet befindet sich etwa 65 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Vulpecula.
HD 189733 b umkreist seinen Stern in einer Entfernung von etwa 4,8 Mio. km (3 Mio. Meilen), was etwa 3 % der Entfernung zwischen der Erde und der Sonne entspricht. Seine heiße Atmosphäre und die mit Glas durchsetzten Wolken verleihen ihm ein trügerisches, fast ruhiges, blau-weißes Marmorbild.
„Schwefelwasserstoff ist ein wichtiges Molekül, von dem wir nicht wussten, dass es existiert. Wir haben es vorhergesagt, und wir wissen, dass es auf dem Jupiter vorkommt, aber wir haben es außerhalb des Sonnensystems nicht wirklich entdeckt“, sagte der Leiter des Teams, Guangwei Fu, Astrophysiker am Johns Hopkins, in einer Erklärung. „Wir suchen nicht nach Leben auf diesem Planeten, weil er viel zu heiß ist, aber die Entdeckung von Schwefelwasserstoff ist ein Sprungbrett, um dieses Molekül auf anderen Planeten zu finden und mehr darüber zu erfahren, wie sich verschiedene Arten von Planeten bilden.“
Fu und seine Kollegen konnten nicht nur Schwefelwasserstoff in der Atmosphäre von HD 189733 b nachweisen, sondern auch den Gesamtschwefelgehalt des Planeten messen. Außerdem konnte das Team die Quellen des Sauerstoffs und des Kohlenstoffs des Exoplaneten bestimmen und Wasser, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid nachweisen.
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„Schwefel ist ein lebenswichtiges Element für den Aufbau komplexerer Moleküle, und – wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Phosphat – müssen die Wissenschaftler ihn genauer untersuchen, um vollständig zu verstehen, wie Planeten entstehen und woraus sie bestehen“, so Fu weiter. „Angenommen, wir untersuchen weitere 100 heiße Jupiter, und sie sind alle schwefelhaltig. Was sagt das darüber aus, wie sie entstanden sind und wie sie sich im Vergleich zu unserem eigenen Jupiter bilden?“
Ist HD 189733 b „metallreicher“ als Jupiter?
Trotz seiner flüchtigen und stinkenden Natur ist der Stern, den er umkreist, HD 189733, froh, diesen Exoplaneten in seiner Nähe zu haben. HD 189733 b umkreist seinen Stern so eng, dass seine Bahn 13 Mal in die Umlaufbahn von Merkur, dem ersten Planeten des Sonnensystems, um die Sonne passen würde.
Diese Nähe macht HD 189733 b zu einem „heißen Jupiter“-Planeten, einem Planeten, der genauso groß oder größer ist als der massivste Planet des Sonnensystems, der seinen Stern viel näher umkreist als der Gasriese des Sonnensystems die Sonne. HD 189733 b ist der erdnächste heiße Jupiter, von dem wir wissen, dass er die Oberfläche seines Sterns kreuzt oder „durchquert“.
Diese Nähe zu seinem Stern bedeutet nicht nur, dass HD 189733 b eine Umlaufbahn in nur 2,2 Erdtagen zurücklegt, sondern auch, dass der jupitergroße Planet eine Temperatur von etwa 927 Grad Celsius (1.700 Grad Fahrenheit) hat. Das ist mehr als heiß genug, um Blei zu schmelzen.
HD 189733 b ist an seinen Stern „gezeitengebunden“. Das bedeutet, dass eine Seite des Planeten, seine „Tagseite“, ständig HD 189733 zugewandt ist und von der Strahlung bombardiert wird, während die andere Seite, seine „Nachtseite“, immer in den Weltraum hinausschaut. Die Hitze auf der Tagseite des Planeten reicht aus, um Glas zu verdampfen, und die Winde dieser Welt blasen diesen Glasdampf mit 8.046 km/h auf die kühlere Nachtseite, wo er kondensiert und Glasregen bildet. Dank der extremen Winde von HD 189733 b fällt dieser Glasregen jedoch nicht einfach nur herunter, sondern wird mit hoher Geschwindigkeit zur Seite geschleudert.
Das Team fand heraus, dass dieser stinkende und furchterregende Planet kein Methan enthält. Zuvor hatte man vermutet, dass dieses Molekül in der Atmosphäre von HD 189733 b reichlich vorhanden ist, aber diese JWST-Untersuchung hat das ausgeschlossen.
„Wir dachten, dieser Planet sei zu heiß, um hohe Methankonzentrationen zu haben, und jetzt wissen wir, dass das nicht der Fall ist“, sagte Fu.
Dieser Planet ist definitiv extrem, aber wie „metallisch“ ist er?
Eine künstlerische Darstellung des extrasolaren Planeten HD 189733b, der hier mit seinem Mutterstern im Hintergrund zu sehen ist. (Bildnachweis: ESA/NASA/Frederic Pont, Observatorium der Universität Genf)
Für die Astronomen sind „Metalle“ alle Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium, die beiden leichtesten Elemente des Universums. Eine Sache, die dieses Team wirklich interessiert, ist der Gehalt an Metallen auf Planeten, was ihnen helfen könnte zu bestimmen, wie die „Metallizität“ einer Welt mit ihrer Masse zusammenhängt.
Im Sonnensystem sind die kleineren Eisriesen Neptun und Uranus reicher an Metallen als die größeren Gasriesen Jupiter und Saturn. Dies deutet für die Wissenschaftler darauf hin, dass die Eisriesen während ihrer Entstehung mehr Eis, Gestein und andere schwere Elemente im Verhältnis zu Wasserstoff und Helium gesammelt haben. Fu und sein Team testen nun, ob diese Beziehung zwischen Masse und Metall auch für Planeten außerhalb des Systems gilt.
„Dieser Planet mit der Masse des Jupiters ist der Erde sehr nahe und wurde bereits sehr gut untersucht. Jetzt haben wir diese neue Messung, um zu zeigen, dass die Metallkonzentrationen, die er aufweist, tatsächlich einen sehr wichtigen Ankerpunkt für die Untersuchung der Frage darstellen, wie die Zusammensetzung eines Planeten mit seiner Masse und seinem Radius variiert“, sagte Fu. „Die Ergebnisse unterstützen unser Verständnis davon, wie Planeten entstehen, indem sie nach der anfänglichen Kernbildung mehr festes Material bilden und dann auf natürliche Weise mit Schwermetallen angereichert werden.“
Das Team will nun den Schwefel auf seinem Weg durch die Atmosphären anderer Exoplaneten verfolgen. So können sie feststellen, wie die Konzentrationen dieses Elements mit der Entfernung von einem Mutterstern variieren.
„Wir wollen wissen, wie diese Art von Planeten entstanden ist, und das Verständnis ihrer atmosphärischen Zusammensetzung wird uns helfen, diese Frage zu beantworten“, schloss Fu.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag (8. Juli) in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
