Verschärfter Blick in eine ferne Atmosphäre

Das fortschrittlichste Auge der Astronomie beweist sein Potenzial: Mit Hilfe des neuen James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) haben Astronomen die Eigenschaften des Gasmantels eines Exoplaneten in nie dagewesener Detailgenauigkeit bestimmt: im Licht, das durch die Atmosphäre des “heißen Jupiters” strömt WESP -39 b. schimmerten, ihre chemische Zusammensetzung spiegelte sich im Detail wider. Anhand der Daten ließen sich bereits Rückschlüsse auf photochemische Prozesse und sogar auf die Entstehungsgeschichte des Planeten ziehen. Das von JWST demonstrierte Leistungspotential lässt nun auf spannende neue Anwendungen hoffen. Wissenschaftler sagen, dass die Untersuchung der Exoatmosphäre eines Tages auch Beweise für Leben liefern könnte.

In den letzten Jahren endeten viele Berichte über astronomische Entdeckungen mit dem Hinweis: “Das geplante James-Webb-Weltraumteleskop könnte bald mehr Erkenntnisse liefern.” Wir leben jetzt in dieser neuen Ära der Astronomie: Die ersten Mitte Juli 2022 veröffentlichten Bilder und Spektren sorgten bereits für Aufregung. Sie veranschaulichen die überlegene Leistungsfähigkeit des JWST im Vergleich zu bisher verfügbaren Teleskopen: Es kann viel tiefer in den Kosmos blicken, astronomische Objekte mit völlig neuen Details abbilden und Lichtspektren besser streuen. Dies waren die Ergebnisse des “Early Release Science Program”, das Teilprojekte umfasst, die ursprünglich dazu bestimmt waren, die grundlegenden Operationen und Fähigkeiten des JWST für seine beabsichtigten Forschungszwecke zu untersuchen. Eine der wichtigsten ist die Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten.

JWST bietet mehr “Perspektive”

Der Planet WASP-39b ist das Ziel von Forschungsteams, die Teil der Transiting Exoplanet Community des Early Release Science-Programms sind. Er ist etwa 700 Lichtjahre entfernt und gehört zur Kategorie der „heißen Jupiter“. Obwohl er nur etwa die Masse des Saturn hat, ist er im Durchmesser 1,3-mal größer als Jupiter. Seine extreme Ausdehnung hängt mit seiner Temperatur von etwa 900 Grad Celsius zusammen. Weil WASP-39 b seinen Stern sehr nahe umkreist, in etwas mehr als vier Erdentagen. Astronomen wählten es zum Testen von JWST, weil seine aufgeblähte Atmosphäre besonders gut für den Prozess der Transitspektroskopie geeignet ist. Es ist möglich, Einblicke in die Eigenschaften und Zusammensetzung des Gasmantels durch die “regenbogenartigen Lichtblitze” zu gewinnen, die durch die Gasvorhänge scheinen, wenn ferne Welten vor ihren Wirtssternen vorbeiziehen.

Auch Lesen :  Das älteste Grab Norddeutschlands - wissenschaft.de

Astronomen der Transiting Exoplanet Community nutzten JWST, um Mitte bis Ende Juli 2022 vier verschiedene Transite von WASP-39b zu beobachten. Bereits im August hatten Wissenschaftler den Nachweis von Kohlendioxid in der Atmosphäre von WASP-39b angekündigt. Nun präsentieren sie weitere Ergebnisse, verteilt auf fünf Publikationen. Darin berichten sie über die mit den spektrographischen Instrumenten NIRCam und NIRSpec und NIRISS-SOSS des Webb-Teleskops durchgeführten Untersuchungen, die Verteilung der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre von WASP-39b und die Aussagekraft der Ergebnisse.

Beweis der Photochemie

Ein besonderes Highlight ist die Aufklärung einer zunächst rätselhaften Anomalie im Spektrum des schimmernden Lichts. Es stellte sich heraus, dass es sich um eine Signatur von Schwefeldioxid handelt, das jetzt zum ersten Mal in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachgewiesen wurde. Seine Besonderheit ist, dass es sich um einen Stoff handelt, der ähnlich wie Ozon in der Erdatmosphäre durch photochemische Prozesse entsteht. Wie die Forscher erklären, entstehen Schwefeldioxidmoleküle, wenn die äußeren Ränder der Atmosphäre des Exoplaneten mit der energiereichen Strahlung des Sterns interagieren. Photonen bilden aus reichlich vorhandenen Wassermolekülen (H2O) Hydroxylradikale (OH). Anschließend treten chemische Reaktionen mit Schwefelwasserstoff (H2S) auf, die zur Bildung von Schwefeldioxid (SO2) führen. „Dies ist das erste eindeutige photochemische Produkt, das in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachgewiesen wurde“, schreiben die Forscher.

Auch Lesen :  Fernsehen über Roku: So schaltet ihr TV-Sender ein - von öffentlich-rechtlich bis Pay-TV

Einige der neuen Informationen spiegeln sogar Aspekte der Planetenentstehung wider: Die Kombination von Informationen über bestimmte Stoffverhältnisse in der Atmosphäre von WASP-39b mit Modellen der Planetenentstehung und Informationen über unser Sonnensystem lassen Rückschlüsse zu. Insbesondere das Verhältnis zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff, Kalium und Sauerstoff sowie Schwefel und Wasserstoff zeige, dass die Kollision kleinerer Planetenvorläufer zur Entstehung des Himmelskörpers geführt habe, erklären die Forscher. Insbesondere die Tatsache, dass die Atmosphäre viel mehr Sauerstoff als Kohlenstoff enthält, deutet auch darauf hin, dass sich WASP-39b ursprünglich viel weiter von diesem Stern entfernt gebildet hat und erst später in eine nahe Umlaufbahn eingedrungen ist.

Ein begeisterter Blick in die Zukunft

Vor allem aber sehen die Wissenschaftler in ihren Ergebnissen eine zukunftsweisende Bedeutung: Sie stellen ihre Erfahrungen mit JWST der astronomischen Gemeinschaft zur Verfügung und bieten „Rezepte“ für die Verarbeitung von Datensätzen an. Das soll es künftig einfacher machen, das Teleskop für solche Transitbeobachtungen einzusetzen. „Die neuen Daten stellen einen Wendepunkt dar“, betont Natalia Batalha von der University of California, Santa Cruz, die das aktuelle Beobachtungsprogramm koordiniert. Seine Kollegin Laura Kreidberg vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg fährt fort: „Diese frühen Beobachtungen sind ein Vorgeschmack auf all die zusätzlichen Ergebnisse, die mit JWST zu erwarten sind. Wir sind durch das Teleskop gegangen und haben seine Leistung getestet. Die Beobachtungen waren nahezu fehlerfrei – sogar besser als wir gehofft hatten”, sagt der Astronom.

Auch Lesen :  Wissenschaft - Wie massiv Raketenstarts Atmosphäre und Klima belasten - Wissen

Die aktuellen Ergebnisse seien letztlich auch ein Schritt in Richtung eines der größten Ziele der Exoatmosphärenforschung, sagen die Forscher: Bestimmte Signaturen in Gashüllen könnten eines Tages Hinweise auf außerirdische Lebensformen liefern. Die aktuelle Forschung ist wie eine Art Test von Beobachtungstechniken, die bei zukünftigen Suchen dieser Art verwendet werden können. Darüber hinaus ist ein grundlegendes Verständnis der Atmosphären von Exoplaneten wichtig, um die Merkmale der Atmosphären von Exoplaneten bei der Suche nach Leben mit und ohne lebende Organismen zu unterscheiden, sagen Astronomen.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie. Die Ergebnisse wurden am 22. November 2022 in der Zeitschrift Nature als fünfteilige Artikelserie veröffentlicht.

Source

Leave a Reply

Your email address will not be published.

In Verbindung stehende Artikel

Back to top button