Eine Illustration von GJ 9827 d, einem winzigen, heißen und dampfenden Exoplaneten, um den Hubble Wasserdampf entdeckt hat (Bildnachweis: NASA/ESA/Leah Hustak (STScI)/Ralf Crawford (STScI))
Mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops haben Astronomen entdeckt, dass die Atmosphäre eines relativ kleinen Planeten außerhalb des Sonnensystems reich an Wasserdampf ist. Planen Sie jedoch noch keinen Urlaub zu diesem Ziel. Die Oberfläche des Planeten ist heiß genug, um Blei zu schmelzen, was bedeutet, dass es sich um eine dampfende Welt handelt, die für Leben, wie wir es kennen, unwirtlich ist.
Das Team, das hinter dieser Entdeckung steht, sagt, dass der extrasolare Planet oder Exoplanet mit dem Namen GJ 9872d Venus-ähnliche Temperaturen von 752 Grad Fahrenheit (400 Grad Celsius) aufweist. Aber das macht diese Entdeckung nicht weniger aufregend.
Obwohl Wissenschaftler bereits Wasserdampf in den Atmosphären vieler extrasolarer Planeten gefunden haben, sind die Beobachtungen des Hubble-Teleskops zu dieser heißen und dampfenden Welt mit der Bezeichnung GJ 9827d der kleinste Exoplanet, bei dem dieses lebenswichtige Element bisher gefunden wurde.
„Die Entdeckung von Wasser auf GJ 9827d ist aufregend, weil es der bisher kleinste Planet ist, auf dem wir eine Atmosphäre nachgewiesen haben“, sagt Laura Kreidberg, Teammitglied und Direktorin der Abteilung Atmosphärenphysik von Exoplaneten am Max-Planck-Institut für Astronomie, gegenüber kosmischeweiten.de. „Das bringt uns der Charakterisierung von wirklich erdähnlichen Welten näher als je zuvor.“
GJ 9827d ist etwa doppelt so groß wie die Erde und umkreist einen Stern namens GJ 987, der etwa 97 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild der Fische liegt. Der Planet ist nur eine von drei erdähnlichen Welten, die diesen Stern umkreisen, der etwa 6 Milliarden Jahre alt zu sein scheint.
„Dies wäre das erste Mal, dass wir durch den Nachweis von Atmosphären direkt zeigen können, dass diese Planeten mit wasserreichen Atmosphären tatsächlich um andere Sterne existieren können“, sagte Björn Benneke, Teammitglied und Wissenschaftler am Trottier Institute for Research on Exoplanets der Université de Montréal, in einer Erklärung. „Dies ist ein wichtiger Schritt zur Bestimmung der Häufigkeit und Vielfalt von Atmosphären auf Gesteinsplaneten.“
Eine wichtige Frage bleibt jedoch offen: Um welche Art von Planet handelt es sich bei GJ 9872d?
„Die Natur dieser kleinen Planeten, die zwei- bis dreimal so groß wie die Erde sind, ist wirklich ungewiss“, sagte Kreidberg. „Sie könnten echte Supererden sein, mit einem großen felsigen Kern und einer leichten Atmosphäre auf der Oberfläche, oder sie könnten etwas völlig anderes sein, wie eine Wasserwelt, die hauptsächlich aus Wassereis besteht und keine Entsprechung in unserem eigenen Sonnensystem hat.“
Wasserwelt oder wasserstoffreicher Mini-Neptun?
Hubble beobachtete GJ 9827d drei Jahre lang und beobachtete, wie die Welt 11 Mal das Antlitz ihres Sterns kreuzte, oder „transitierte“. Da chemische Elemente und Verbindungen Licht in charakteristischen Wellenlängen absorbieren, trägt das Licht eines Muttersterns beim Durchgang durch die Atmosphäre eines Planeten die Fingerabdrücke der Elemente, aus denen der Planet selbst besteht.
Die Astronomen, die hinter dieser Entdeckung stehen, sind sich derzeit nicht sicher, ob Hubble bei der Untersuchung von GJ 9872d eine kleine Menge Wasser in einer bauschigen, wasserstoffreichen Atmosphäre entdeckt hat – oder ob die Atmosphäre des Planeten überwiegend aus Wasser besteht.
„Beide Ergebnisse wären aufregend, unabhängig davon, ob Wasserdampf dominiert oder nur eine winzige Spezies in einer wasserstoffdominierten Atmosphäre ist“, sagte Pierre-Alexis Roy, Hauptautor der Studie und Wissenschaftler am Trottier-Institut für die Erforschung von Exoplaneten an der Université de Montréal, in der Erklärung.
Wenn GJ 9872d seine 6 Milliarden Jahre Lebenszeit in der Nähe seines Muttersterns verbracht hat, sollte die intensive Strahlung jeglichen ursprünglichen Wasserstoff weggekocht haben, so dass der winzige Planet eine Atmosphäre hat, die von Wasserdampf dominiert wird. Dies scheint durch die Tatsache gestützt zu werden, dass Versuche, Wasserstoff in der Umgebung von GJ 9872d nachzuweisen, bisher fehlgeschlagen sind.
Wenn GJ 9872d immer noch an einer wasserstoffreichen, mit Wasser durchsetzten Hülle festhält, würde er als Mini-Neptun eingestuft werden, ein Planetentyp, der weniger massereich ist als Neptun, aber dem Eisriesen des Sonnensystems ähnelt, da er eine dicke Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium besitzt.
Andererseits könnte der Exoplanet einer größeren und heißeren Version des Jupitermondes Europa ähneln, von dem man annimmt, dass er doppelt so viel Wasser beherbergt wie die Erde, das unter einer dicken Eiskruste eingeschlossen ist. „Der Planet GJ 9827d könnte halb Wasser, halb Gestein sein. Und es gäbe eine Menge Wasserdampf auf einem kleineren felsigen Körper“, sagte Benneke.
Sollte GJ 9827d immer noch eine dicke Atmosphäre aus Wasserdampf besitzen, würde dies bedeuten, dass er weiter von seinem Stern entfernt geboren wurde – wo die Temperaturen niedriger gewesen wären – bevor er in die Position wanderte, die wir heute sehen.
Diese Wanderung hätte dazu geführt, dass der Exoplanet mit mehr Strahlung von seinem Wirtsstern bestrahlt worden wäre, wodurch sich potenzielles Eis auf GJ 9827d in flüssiges Wasser und Wasserdampf verwandelt hätte. Eventuell vorhandener Wasserstoff hätte sich erhitzt und wäre schließlich aufgrund der relativ geringen Schwerkraft des Planeten aus der Atmosphäre ausgetreten; dieses Austreten könnte noch immer stattfinden, während die Astronomen den Exoplaneten heute beobachten.
„Bisher waren wir nicht in der Lage, die Atmosphäre eines so kleinen Planeten direkt nachzuweisen. Und wir kommen jetzt langsam in diesen Bereich“, fügte 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 eher Atmosphären wie die Venus haben, die von Kohlendioxid dominiert wird.“
Die Untersuchung von GJ 9827d mit Hubble hat den Planeten zu einem vorrangigen Ziel für eine Folgeuntersuchung mit dem James Webb Space Telescope (JWST) gemacht. Diese Arbeiten sind bereits im Gange, und das 10-Milliarden-Dollar-Teleskop ist in der Lage, weitere Details über diese potenzielle Wasserwelt zu liefern.
„GJ 9827d wird mit JWST beobachtet, um mehr über seine atmosphärische Zusammensetzung zu erfahren und nach zusätzlichen Molekülen wie Kohlendioxid zu suchen“, so Kreidberg. „Die Beobachtungen laufen weiter, und wir werden bald mehr Antworten haben!
„Hoffentlich können wir jetzt die Frage nach Wasserwelten ein für alle Mal klären.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden letztes Jahr in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
