Der bisher klarste Blick im Infrarotbereich auf das ikonische Mehrplanetensystem HR 8799. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI))
Astronomen haben bekannt gegeben, dass das James Webb Space Telescope erfolgreich die ersten direkten Bilder von Kohlendioxidgas auf einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems aufgenommen hat. Diese Entdeckung zeigt nicht nur die beeindruckende Leistungsfähigkeit des Teleskops in der direkten Bildgebung, sondern liefert auch wertvolle Einblicke in die Entstehung von Planeten – sowohl in unserem Sonnensystem als auch im gesamten Universum.
Die neuesten Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) konzentrierten sich auf das HR-8799-System. Dieses System besteht aus vier Planeten, die ihren Zentralstern umkreisen und etwa 130 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Pegasus liegen. Frühere Beobachtungen haben gezeigt, dass vier dieser Planeten massereicher als Jupiter sind und Umlaufbahnen mit Perioden von Jahrzehnten bis zu Jahrhunderten haben.
Dieses System hat Astronomen, die sich mit der Entstehung von Planeten beschäftigen, schon lange fasziniert. Der Grund dafür ist vor allem sein junges Alter – mit nur 30 Millionen Jahren strahlen diese Planeten noch Restwärme aus ihrer Entstehungszeit ab. Das James-Webb-Weltraumteleskop konnte diese Wärme in Wellenlängen beobachten, die spezifische Gase und andere atmosphärische Details sichtbar machen.
Auf dem Planeten HR 8799 e wurde kürzlich Kohlendioxid nachgewiesen, was auf eine beträchtliche Menge an Schwermetallen in der Atmosphäre des Planeten hindeutet. Diese Entdeckung passt zur führenden „Bottom-up“-Theorie der Planetenentstehung: Demnach bilden sich Planeten über Millionen von Jahren allmählich aus der Gas- und Staubscheibe, die einen jungen Stern umgibt. Dieser Prozess ähnelt der Entstehung der Planeten in unserem eigenen Sonnensystem.
Aktuelle Forschungen liefern überzeugende Hinweise darauf, dass sich planetenbildendes Material um einen jungen Stern auch schnell zu einem massiven Planeten verdichten kann. Dies deutet darauf hin, dass es mehr als einen Weg gibt, einen Planeten zu formen, und dass der Prozess komplexer ist, als Astronomen bisher annahmen. Die Frage, welcher dieser Prozesse im Universum häufiger vorkommt, könnte Wissenschaftlern dabei helfen, die verschiedenen Typen von Exoplaneten in fernen Sonnensystemen besser zu verstehen und zu unterscheiden.
„Mit dieser Art von Forschung hoffen wir, unser eigenes Sonnensystem, das Leben und uns selbst im Vergleich zu anderen Exoplanetensystemen besser zu verstehen“, sagte William Balmer, Astronom an der Johns Hopkins University in Maryland, der die neue Studie leitete, in einer Stellungnahme. „Wir möchten Bilder von anderen Sonnensystemen aufnehmen und sehen, wie sie sich im Vergleich zu unserem ähneln oder unterscheiden. Daraus können wir versuchen, ein Gefühl dafür zu bekommen, wie eigenartig unser Sonnensystem wirklich ist – oder wie normal.“
Die Beobachtungen des JWST zeigten, dass die Planeten im System HR 8799 einen höheren Anteil an schweren Elementen aufweisen als bisher angenommen. Dies deutet darauf hin, dass sie auf ähnliche Weise entstanden sind wie die Gasriesen unseres Sonnensystems, Jupiter und Saturn.
Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat laut einer heute im *Astrophysical Journal* veröffentlichten Studie auch infrarotes Licht des innersten Planeten im System HR 8799 e nachgewiesen. Diese Entdeckung unterstreicht die Empfindlichkeit des Teleskops, schwache Planeten zu beobachten, die sich in der Nähe ihrer oft hellen Sterne befinden. Solche Beobachtungen sind von großer Bedeutung, da bisher nur wenige Exoplaneten direkt abgebildet werden konnten. Dies ist eine besonders schwierige Aufgabe, da ferne Planeten leicht vom Licht ihrer hellen Muttersterne überstrahlt werden.
Der bisher klarste Blick im Infrarotbereich auf das ikonische Mehrplanetensystem HR 8799. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI))
„Wir haben zehn Jahre darauf gewartet, zu bestätigen, dass unsere präzise abgestimmten Teleskopoperationen uns auch Zugang zu den inneren Planeten ermöglichen würden“, sagte Rémi Soummer vom Space Telescope Science Institute, der zuvor die Koronagraphen-Operationen von Webb leitete, in der Erklärung. „Jetzt liegen die Ergebnisse vor, und wir können damit interessante wissenschaftliche Erkenntnisse gewinnen.“
JWST hat auch 51 Eridani abgebildet, ein Sternsystem, das 97 Lichtjahre entfernt liegt. Das Teleskop konnte direkt 51 Eridani b erfassen, einen kühlen, jungen Planeten, der seinen Mutterstern in etwa 17,7 Milliarden Kilometern Entfernung umkreist. Diese Distanz entspricht ungefähr der Umlaufbahn von Neptun und Saturn um unsere Sonne.
Der bisher klarste Blick im Infrarotbereich auf das ikonische Mehrplanetensystem HR 8799. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, W. Balmer (JHU), L. Pueyo (STScI), M. Perrin (STScI))
In zukünftigen Beobachtungen hoffen Soummer und seine Kollegen, die lichtblockierenden Koronografen des Webb-Teleskops zu nutzen, um eine größere Anzahl von Riesenexoplaneten zu analysieren. Sie wollen deren Zusammensetzung mit verschiedenen theoretischen Modellen vergleichen.
Darüber hinaus ebnen die neuen Beobachtungen den Weg für detailliertere Untersuchungen, die klären könnten, ob es sich bei den Exoplaneten-Kandidaten tatsächlich um riesige Planeten oder um Objekte wie Braune Zwerge handelt. Letztere entstehen zwar ähnlich wie Sterne, besitzen jedoch nicht genug Masse, um eine Kernfusion zu zünden. Ihre Natur kann eine entscheidende Rolle für die potenzielle Bewohnbarkeit innerhalb der jeweiligen Planetensysteme spielen, so Balmer in der Stellungnahme.
„Wenn diese riesigen Planeten wie Bowlingkugeln durch dein Sonnensystem sausen, können sie Planeten wie unseren entweder stark stören, schützen oder ein bisschen von beidem bewirken“, sagte er.
„Mehr über ihre Entstehung zu verstehen, ist ein entscheidender Schritt, um die Bildung, das Überleben und die Bewohnbarkeit erdähnlicher Planeten in der Zukunft zu begreifen.“
Eine neue Studie zu Eridani 51 b und HR 8799 e, die auch Beobachtungen des JWST umfasst, wurde heute im Astrophysical Journal veröffentlicht.
