Die Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems hat in den letzten Jahrzehnten enorm zugenommen. Miteinander ausgehen, 4.521 extrasolare Planeten wurden in 3.353 Systemen bestätigt, weitere 7.761 Kandidaten warten auf ihre Bestätigung. Mit so vielen fernen Welten, die zum Studium zur Verfügung stehen (und verbesserten Instrumenten und Methoden), geht der Prozess der Exoplanetenstudien langsam von der Entdeckung zur Charakterisierung über.
Ein Team internationaler Wissenschaftler hat beispielsweise kürzlich gezeigt, wie die Kombination von Daten aus mehreren Observatorien es ihnen ermöglicht, die Struktur und Zusammensetzung der oberen Atmosphäre eines Exoplaneten aufzudecken. Der fragliche Exoplanet ist WASP-127b , ein „heißer Saturn“, der einen etwa 525 Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern umkreist. Diese Ergebnisse geben einen Ausblick darauf, wie Astronomen die Atmosphären von Exoplaneten charakterisieren und bestimmen, ob sie dem Leben, wie wir es kennen, förderlich sind.
Das Forschungspapier, das ihre Ergebnisse beschreibt, erschien in der Dezember-Ausgabe 2020 von Astronomie und Astrophysik . Es war auch Gegenstand einer Präsentation während der letzten Europlanet Science Congress (EPSC) 2021 , eine virtuelle Konferenz vom 13. SeptemberNSbis 24NS, 2021. Während der Präsentation, Hauptautor Dr. Romain Allart zeigte, wie durch die Kombination von Daten von weltraum- und bodengestützten Teleskopen Wolken in der oberen Atmosphäre von WASP-127b erkannt und ihre Höhen mit beispielloser Präzision gemessen werden.
Einige der Elemente, die WASP-127b im Vergleich zu den Planeten unseres Sonnensystems einzigartig machen. Credits: David Ehrenreich/Université de Genève, Romain Allart/Université de Montréal.
Wie viele bisher entdeckte Exoplaneten ist WASP-127b ein Gasriese, der sehr nahe um seinen Mutterstern kreist und eine sehr kurze Umlaufzeit hat – eine einzelne Umlaufbahn dauert weniger als vier Tage. Der Planet ist auch 10 Milliarden Jahre alt, was mehr als doppelt so lange ist, wie es die Erde (oder „unser“ Saturn) gibt. Aufgrund seiner engen Umlaufbahn erhält WASP-127b 600-mal mehr Strahlung als die Erde und erfährt atmosphärische Temperaturen von bis zu 1.100 ° C°C (2012°F).
Infolgedessen hat sich die Atmosphäre des Planeten so weit ausgedehnt (oder aufgebläht), dass sie 1,3-mal so groß wie Jupiter ist, aber weit weniger dicht. Tatsächlich ist WASP-127b einer der am wenigsten dichten (oder „flauschigsten“) Exoplaneten, die bisher entdeckt wurden. Dies macht WASP-127b zu einem idealen Kandidaten für Forscher, die an der Charakterisierung der Atmosphäre arbeiten, da die ausgedehnte Natur flauschiger Exoplaneten ihre Beobachtung erleichtert.
Verwendung von Daten, die von der ESA/NASA erhalten wurden Hubble-Weltraumteleskop (HST) und Messungen des sichtbaren Lichts von der Sehr großes Teleskop (VLT) am Paranal-Observatorium der ESO in Chile beobachtete das Team WASP-127b, als es zwei Vorbeiflüge vor seinem Stern machte. Im Einklang mit der Transitmethode (alias Transit Photometry) überwachte das Team WASP-127 auf periodische Einbrüche in der Leuchtkraft, die darauf hindeuteten, dass ein Exoplanet relativ zum Beobachtungsteam vor dem Stern vorbeiflog (im Durchgang).
Während Hubble optische Daten erhielt, die die Transite bestätigten, Echelle Spektrograph für felsige Exoplaneten und stabile spektroskopische Beobachtung (ESPRESSO)-Instrument erhielt Spektren aus dem Licht, das durch die obere Atmosphäre von WASP-127b ging. Dr. Allart, ein Trottier Postdoctoral Researcher an der Institut für Exoplanetenforschung (iREX) an der Université de Montréal, leitete die Studie.
Das Very Large Telescope in Chile feuert einen Laser aus seinem adaptiven Optiksystem. Bildnachweis: ESO
Die kombinierten Daten ermöglichten es den Forschern, die Höhe der Wolken zu einer atmosphärischen Schicht zu verfolgen, die sich mit Geschwindigkeiten von etwa 13,5 bis 17 km/s (48.600 km/h; 61.200 mph) bewegte. Sie schätzten weiter, dass die Höhe des Wolkendecks einem atmosphärischen Druckbereich zwischen 0,3 und 0,5 Millibar entsprach. Schließlich entdeckten sie Anzeichen von schwachem atomarem Natrium in der Atmosphäre, obwohl es keine Hinweise auf andere Atomarten oder Wasser gab. Wie er kürzlich in einem Europlanet-Gesellschaft Stellungnahme:
„Zunächst haben wir, wie schon zuvor in dieser Art von Planeten festgestellt, das Vorhandensein von Natrium nachgewiesen, jedoch in einer viel geringeren Höhe als wir erwartet hatten. Zweitens gab es starke Wasserdampfsignale im Infraroten, aber überhaupt keine bei sichtbaren Wellenlängen. Dies impliziert, dass Wasserdampf in niedrigeren Konzentrationen von Wolken abgeschirmt wird, die im sichtbaren Wellenlängenbereich undurchsichtig, im Infrarotbereich jedoch transparent sind.
„Wir kennen die Zusammensetzung der Wolken noch nicht, außer dass sie nicht wie auf der Erde aus Wassertröpfchen bestehen. Wir wundern uns auch darüber, warum das Natrium an einem unerwarteten Ort auf diesem Planeten gefunden wird. Zukünftige Studien werden uns helfen, nicht nur mehr über die atmosphärische Struktur zu verstehen, sondern auch über WASP-127b, das sich als faszinierender Ort erweist.“
Die ESPRESSO-Beobachtungen des Teams zeigten auch, dass WASP-127b eine retrograde Umlaufbahn hat, was bedeutet, dass es in der entgegengesetzten Richtung seiner Sternrotation umkreist und dass es auf einer anderen Ebene als der Äquatorialebene des Sterns umkreist. „Eine solche Ausrichtung ist für einen heißen Saturn in einem alten Sternsystem unerwartet und könnte von einem unbekannten Begleiter verursacht werden“, sagte Allart. „All diese einzigartigen Eigenschaften machen WASP-127b zu einem Planeten, der in Zukunft sehr intensiv untersucht wird.“
TOI 1338 b ist ein zirkumbinärer Planet, der seine beiden Sterne umkreist. Es wurde von TESS entdeckt. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center der NASA/Chris Smith
Dazu gehören weltraumgestützte Observatorien wie die James Webb Weltraumteleskop (JWST) und die Nancy Grace Römisches Staatsteleskop (RST). Dann gibt es bodengebundene Observatorien wie die der ESO Extrem großes Teleskop (ELT), die Riesen-Magellan-Teleskop (GMT) und die Dreißig-Meter-Teleskop (TMT). Mit ihrer Kombination aus fortschrittlicher Bildgebung, Koronagraphen und/oder adaptiver Optik ermöglichen diese Einrichtungen Astronomen detaillierte Studien der Atmosphären von Exoplaneten.
Ebenso wichtig ist die Tatsache, dass diese Studien Gesteinsplaneten umfassen, die mit den habitablen Zonen (HZs) ihrer Sterne umkreisen, und nicht nur Gasriesen mit sehr weit entfernten oder sehr engen Bahnen (wie hier der Fall war). Da davon ausgegangen wird, dass diese „erdähnlichen“ Kandidaten die wahrscheinlichsten Kandidaten für die Bewohnbarkeit sind, gehen Astrobiologen davon aus, dass es nicht lange dauern wird, bis sie Beweise für außerirdisches Leben finden!
Während die Ergebnisse dieser Studien etwas begrenzt sind, sind die Implikationen der Forschung des Teams alles andere als. Es zeigt nicht nur die Effektivität der Kombination von Daten aus mehreren Observatorien, sondern zeigt auch, wie Astronomen dem Punkt näher kommen, an dem sie die Atmosphäre eines Exoplaneten vollständig charakterisieren können. Mit der Einführung von Observatorien der nächsten Generation in naher Zukunft werden diese Fähigkeiten noch viel größer.
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