Eine Illustration des aufgeblähten Exoplaneten WASP-107 b, der seinen Stern umkreist (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI))
Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben Astronomen entdeckt, dass ein „aufgeblasener“ Planet asymmetrisch ist, d. h. dass es einen erheblichen Unterschied zwischen einer Seite der Atmosphäre und der anderen gibt.
Der extrasolare Planet oder „Exoplanet“, um den es geht, ist WASP-107 b, der einen orangefarbenen Stern umkreist, der kleiner als die Sonne ist und etwa 210 Lichtjahre entfernt liegt. Der 2017 entdeckte WASP-107 b ist 94 % so groß wie Jupiter, hat aber nur 10 % der Masse des Gasriesen im Sonnensystem. Das bedeutet, dass er einer der am wenigsten dichten Exoplaneten ist, die jemals entdeckt wurden, und weitaus „bauschiger“ als erwartet.
Anfang dieses Jahres stellten Wissenschaftler fest, dass dies wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass das Innere von WASP-107 b viel heißer ist als vorhergesagt, und dass der Planet vermutlich auch einen felsigen Kern besitzt, der größer ist als bisher angenommen. Diese seltsamen Eigenschaften wurden mit einem Mangel an Methan in seiner Atmosphäre erklärt. Jetzt haben die Wissenschaftler ein weiteres Rätsel von WASP-107 b zu lösen.
Die merkwürdige Asymmetrie von WASP-107 b stellt die Astronomen vor ein Rätsel. „Dies ist das erste Mal, dass die Ost-West-Asymmetrie eines Exoplaneten vom Weltraum aus beobachtet wurde, während er seinen Stern umkreist“, sagte Matthew Murphy, Doktorand am Steward-Observatorium der Universität von Arizona, in einer Erklärung.
Murphy und seine Kollegen untersuchten WASP-107, indem sie das Licht seines Wirtssterns aufzeichneten, das durch die Atmosphäre des Planeten hindurchging, als dieser die Oberfläche seines Sterns kreuzte oder „transitierte“. „Ein Transit ist, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht – wie der Mond während einer Sonnenfinsternis“, sagte Murphy und fügte hinzu, dass “Beobachtungen aus dem Weltraum viele verschiedene Vorteile gegenüber Beobachtungen haben, die vom Boden aus gemacht werden.“
WASP-107 b ist unausgeglichen
WASP-107 b umkreist seinen Stern in einer Entfernung von etwa 5 Millionen Meilen, was etwa 6 % der Entfernung zwischen Erde und Sonne entspricht. Das bedeutet, dass der Planet eine Umkreisung in etwa fünf Erdtagen durchläuft. Darüber hinaus ist der Exoplanet an seinen Stern gekoppelt. Dies hat zur Folge, dass eine Seite, die „Tagseite“, ständig dem Stern zugewandt ist, während die andere Seite, die „Nachtseite“, dem Weltraum zugewandt ist.
Der Exoplanet ist nicht so heiß wie viele andere Welten, die so nahe an ihren Sternen liegen. Seine Temperatur beträgt 890 Grad Fahrenheit (477 Grad Celsius) und liegt damit zwischen den heißesten Exoplaneten und den relativ kühlen Planeten des Sonnensystems. WASP-107 b ist in Bezug auf seine Dichte einzigartig leicht, was zu einer schwachen Schwerkraft und einer stark aufgeblähten Atmosphäre führt.
„So etwas haben wir in unserem eigenen Sonnensystem nicht. Da Elemente Licht bei charakteristischen Wellenlängen absorbieren und emittieren, kann das Spektrum des Lichts, das eine Atmosphäre durchdringt, mit Hilfe einer Technik namens Transmissionsspektroskopie Aufschluss über die Zusammensetzung dieser Atmosphäre geben. Da das JWST in der Lage war, WASP-107 b zu beobachten, während er vor seinem Stern vorbeizog, konnten die Wissenschaftler die Zusammensetzung seiner Atmosphäre bestimmen.
Das Transmissionsspektrum von WASP-107 b zeigt die Zusammensetzung seiner Atmosphäre. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI) Wissenschaft: L. Welbanks (ASU) und das JWST MANATEE-Team)
Die hohe Präzision des JWST ermöglichte es dem Team auch, „Schnappschüsse“ des Exoplaneten zu machen und die Signale zu trennen, die von seiner Ost- und Westseite ausgehen. Dadurch konnten sie die Vorgänge in der Atmosphäre von WASP-107 b besser verstehen. „Diese Schnappschüsse sagen uns viel über die Gase in der Atmosphäre des Exoplaneten, die Wolken, die Struktur der Atmosphäre, die Chemie und darüber, wie sich alles verändert, wenn unterschiedlich viel Sonnenlicht einfällt“, so Murphy weiter. „Traditionell funktionieren unsere Beobachtungstechniken bei diesen intermediären Planeten nicht so gut, so dass es eine Menge spannender offener Fragen gibt, die wir nun endlich beantworten können.
„Einige unserer Modelle sagten uns zum Beispiel, dass ein Planet wie WASP-107b diese Asymmetrie gar nicht haben sollte – wir lernen also schon etwas Neues.“
Das Team plant nun, die mit dem JWST gesammelten Daten genauer zu untersuchen, um sich ein besseres Bild von WASP-107 b zu machen und herauszufinden, was die Asymmetrie in seiner Atmosphäre verursacht. „Bei fast allen Exoplaneten können wir sie nicht einmal direkt betrachten, geschweige denn wissen, was auf der einen Seite passiert und was auf der anderen“, so Murphy abschließend. „Zum ersten Mal sind wir in der Lage, die Vorgänge in der Atmosphäre eines Exoplaneten viel genauer zu betrachten.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Dienstag (24. September) in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
