Schwerstes Element entdeckt, das jemals in Exoplanetenatmosphären gefunden wurde
Bei der Erkundung von Planeten, die Sterne außerhalb unseres Sonnensystems umkreisen, gelang den im Rahmen der EU-finanzierten Projekte SPICE DUNE und FOUR ACES unterstützten Forschenden eine unerwartete Entdeckung. Sie fanden Barium, das schwerste bisher in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachgewiesene Element, in den Atmosphären zweier Gasriesen. Ihre Studie wurde im Fachjournal „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht. „In gewisser Weise war das eine ganz ‚zufällige‘ Entdeckung“, berichtet Hauptautor und Doktorand Tomás Azevedo Silva von der Universität Porto, Portugal, in einer auf der Website der Europäischen Südsternwarte (ESO) veröffentlichten Pressemitteilung. „Wir hatten Barium weder erwartet noch danach gesucht. Wir mussten uns vergewissern, dass es tatsächlich von dem Planeten stammt, da es noch nie zuvor im Umfeld eines Exoplaneten nachgewiesen worden war.“ Das Barium wurde in den oberen Atmosphären der Gasplaneten WASP-76b und WASP-121b entdeckt. Die beiden Exoplaneten werden auch als ultraheiße Jupiter bezeichnet, was bedeutet, dass diese Planeten von der Größe her mit dem Jupiter vergleichbar sind und sehr nahe um ihre Sterne kreisen. Diese Nähe bedeutet, dass WASP-76b und WASP-121b weniger als zwei Tage brauchen, um ihre Sterne zu umrunden, und sie sorgt außerdem für glühend heiße Gleichgewichtstemperaturen von über 2 000 ℃.
Schwerer als Eisen
Diese extremen Temperaturen, hoch genug, um Metalle zu verdampfen, verleihen diesen Planeten zudem außergewöhnliche Eigenschaften – wie etwa den auf WASP-76b vermuteten Eisenregen. Eine teilweise von FOUR ACES unterstützte Studie fand 2020 heraus, dass der Eisendampf, wenn er von starken Winden zur kühleren Nachtseite getragen wird, zu Eisentröpfchen kondensiert. Ungeachtet dieser erstaunlichen Entdeckung waren die Fachleute dennoch überrascht, in den oberen Atmosphären von WASP-76b und WASP-121b ein Element vorzufinden, das 2,5-mal schwerer als Eisen ist. „Angesichts der hohen Schwerkraft der Planeten würden wir erwarten, dass schwere Elemente wie Barium schnell in die unteren Schichten der Atmosphäre fallen“, erklärt Mitautor Dr. Olivier Demangeon, auch von der Universität Porto, in derselben Pressemitteilung. Die Beobachtung ultraheißer Jupiter verschafft der Wissenschaft wertvolle Einblicke in die Atmosphären von Exoplaneten. „Da sie gasförmig und heiß sind, dehnen sich ihre Atmosphären sehr weit aus und sind daher leichter zu beobachten und zu untersuchen als die von kleineren oder kühleren Planeten“, erläutert Dr. Demangeon. Zum Erkenntnisgewinn nutzte das Forschungsteam das ESPRESSO-Instrument (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations) am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte im Norden Chiles. Die Tatsache, dass bei beiden Planeten Barium gefunden wurde, könnte bedeuten, dass dieses schwere Element häufig in den Atmosphären ultraheißer Jupiter vorkommt. Doch welcher natürliche Prozess könnte dazu führen, dass Barium in derart großer Höhe gefunden wird? Wie Azevedo Silva anmerkt, erscheint die Existenz des Elements dort „rätselhaft und eher kontraintuitiv“. Noch sind sich die Forschenden nicht über die beteiligten Mechanismen im Klaren. SPICE DUNE (A SpectroPhotometric Inquiry of Close-in Exoplanets around the Desert to Understand their Nature and Evolution) endet 2026. FOUR ACES (Future of upper atmospheric characterisation of exoplanets with spectroscopy) endet 2023. Weitere Informationen: Projekt SPICE DUNE FOUR ACES-Projektwebseite
Schlüsselbegriffe
SPICE DUNE, FOUR ACES, Planet, Exoplanet, WASP-76b, WASP-121b, Gasriese, ultraheißer Jupiter, Barium