Dieser Planet ist so Metal. Eisen- und Titandampf in der Atmosphäre eines „ultraheißen Jupiters“ gefunden

Im Zuge der Entdeckung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems haben Astronomen einige wirklich interessante Kunden gefunden! Neben „Super-Jupiters“ (Exoplaneten, die ein Vielfaches der Masse des Jupiter haben) gibt es eine Reihe von „ Heiße Jupiter “ wurden ebenfalls beobachtet. Dies sind Gasriesen, die nahe an ihren Sternen kreisen, und in einigen Fällen wurde festgestellt, dass diese Planeten so heiß sind, dass sie Stein oder Metall schmelzen könnten.

Dies hat zur Bezeichnung „ultraheißer Jupiter“ geführt, von denen der heißeste entdeckt wurde letztes Jahr . Aber jetzt, nach a Kürzlich durchgeführte Studie Dieser Planet wurde von einem internationalen Team von Astronomen hergestellt und ist heiß genug, um Metall in Dampf umzuwandeln. Es ist bekannt als KELT-9b, ein Gasriese, der sich 650 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet und dessen atmosphärische Temperaturen so heiß sind – über 4.000 °C (7.232 °F) – er Eisen und Titan verdampfen kann!

Geleitet wurde das internationale Team von Jens Hoeijmakers, Postdoktorand an der Universität Genf (UNIGE) und der Universität Bern (UNIBE). Das Team bestand aus Mitgliedern der Nationaler Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS Gruppe und UNIGE Zukunft der Charakterisierung der oberen Atmosphäre von Exoplaneten mit Spektroskopie (VIER ASSE1)-Team.

Künstlerische Darstellung von KELT-9b, einem ultraheißen Jupiter, der einen heißen, jungen Stern etwa 650 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreist. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Diese Gruppen, die sich der Charakterisierung von Exoplaneten widmen, bestehen aus Forschenden der UNIGE, UNIBE, der Universität Zürich (UZH) und der Universität Lausanne (UNIL). Zusätzliche Unterstützung kam von Forschern der Universität Cambridge Cavendish Astrophysik und MRC Labor für Molekularbiologie , das Cagliari-Observatorium , und der Roque de los Muchachos-Observatorium .

Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt – “ Atomares Eisen und Titan in der Atmosphäre des Exoplaneten KELT-9b ” – kürzlich erschienen in der wissenschaftlichen ZeitschriftNatur.Für ihre Studie versuchte das Team, die chemische Zusammensetzung eines ultraheißen Jupiters einzuschränken, da diese Planeten die Grenze zwischen Gasriesen und Sternen überspannen und Astronomen helfen könnten, mehr über die Entstehungsgeschichte von Exoplaneten zu erfahren.

Dazu wählten sie KELT-9b aus, das ursprünglich entdeckt wurde im Jahr 2017 von Astronomen mit dem Kilograd extrem kleine Teleskope (KELT)-Umfrage. Wie alle ultraheißen Jupiter kreist dieser Planet sehr nahe um seinen Stern – 30-mal näher als die Erde von der Sonne entfernt – und hat eine Umlaufzeit von 36 Stunden. Infolgedessen erfährt er Oberflächentemperaturen von über 4.000 ° C (7.232 ° F), was ihn heißer macht als viele Sterne.

Auf dieser Grundlage führten Dr. Hoeijmakers und seine Kollegen eine theoretische Studie durch, die das Vorhandensein von Eisendampf in der Atmosphäre des Planeten vorhersagte. Wie Kevin Heng, Professor an der UNIBE und Co-Autor der Studie, kürzlich in einer UNIGE Pressemitteilung :

„Die Ergebnisse dieser Simulationen zeigen, dass die meisten der dort gefundenen Moleküle in atomarer Form vorliegen sollten, da die Bindungen, die sie zusammenhalten, durch Kollisionen zwischen Teilchen, die bei diesen extrem hohen Temperaturen auftreten, aufgebrochen werden.“

Durch die Untersuchung von KELT-9b während eines Transits konnte das Team Spektren aus seiner Atmosphäre beobachten. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Um diese Vorhersage zu testen, stützte sich das Team auf Daten der Hochgenauer Radialgeschwindigkeits-Planetensucher für die nördliche Hemisphäre (HARPS-North oder HARPS-N) Spektrograph während eines einzigen Transits des Exoplaneten. Während eines Transits kann man beobachten, wie das Licht des Sterns die Atmosphäre durchdringt, und die Untersuchung dieses Lichts mit einem Spektrometer kann Aufschluss über die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre geben.

Was sie fanden, waren starke Hinweise nicht nur auf einfach ionisiertes atomares Eisen, sondern auch auf einfach ionisiertes atomares Titan, das einen deutlich höheren Schmelzpunkt hat – 1670 °C (3040 °F) im Vergleich zu 1250 °C (2282 °F). Als Hoeijmakers erklärt , „Mit den theoretischen Vorhersagen in der Hand war es, als würde man einer Schatzkarte folgen, und als wir tiefer in die Daten eingruben, fanden wir noch mehr.“

Diese Studie hat nicht nur die Zusammensetzung einer neuen Klasse ultraheißer Jupiter enthüllt, sondern auch Astronomen vor ein Rätsel gestellt. Wissenschaftler glauben beispielsweise, dass viele Planeten verdampft sind, weil sie sich in einer engen Umlaufbahn mit einem hellen Stern befinden, genau wie KELT-9b. Und wie ihre Studie zeigt, baut die Strahlung des Sterns schwere Übergangsmetalle wie Eisen und Titan ab.

Obwohl KELT-9b wahrscheinlich zu massiv ist, um jemals vollständig zu verdampfen, zeigt diese neue Studie den starken Einfluss der Sternstrahlung auf die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten. Auf kühleren Gasriesen nehmen Elemente wie Eisen und Titan vermutlich die Form von gasförmigen Oxiden oder Staubpartikeln an, die schwer zu entdecken sind. Aber im Fall von KELT-9b macht die Tatsache, dass diese Elemente in atomisierter Form vorliegen, sie sehr gut nachweisbar.

Künstlerische Darstellung eines Sonnenuntergangs über KELT-9b, wo die Atmosphäre des Planeten heiß genug ist, um Schwermetalle wie Eisen und Titan zu verdampfen. Bildnachweis und ©: Denis Bajram

Als David Ehrenreich, leitender Forscher des FOUR ACES-Teams der UNIGE und Co-Autor der Studie, abgeschlossen ,'Dieser Planet ist ein einzigartiges Labor, um zu analysieren, wie sich Atmosphären unter intensiver Sternstrahlung entwickeln können.' Mit Blick auf die Zukunft sagt die Studie des Teams auch voraus, dass es möglich sein sollte, gasförmiges atomares Eisen in der Atmosphäre des Planeten mit aktuellen Teleskopen zu beobachten.

Kurz gesagt, Astronomen müssen nicht auf Teleskope der nächsten Generation warten, um dieses einzigartige Planetenlabor zu studieren, das Astronomen viel über den Prozess der Exoplanetenbildung lehren kann. Und indem sie mehr über die Entstehung von Gasriesen in anderen Sternensystemen erfahren, werden Astronomen wahrscheinlich wichtige Hinweise darauf gewinnen, wie sich unser eigenes Sonnensystem gebildet und entwickelt hat.

Wer weiß? Vielleicht war unser eigener Jupiter einmal heiß und verlor an Masse, bevor er an seine aktuelle Position wanderte. Oder vielleicht ist Merkur die ausgebrannte Hülle eines einst riesigen Planeten, der seine Gasschichten verloren hat. Das Studium der Exoplaneten lehrt uns, dass in diesem Universum solche seltsamen Dinge bekannt sind!

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