Forscher weisen Vielzahl an Molekülen in Exoplanet-Atmosphäre nach

7. April 2021 - 17:05

Eine erstaunlich vielfältige Atmosphäre auf einem Exoplaneten haben Forscher mit dem italienischen Telescopio Nazionale Galileo (TNG) entdeckt. Sie umfasst neben Wasser fünf weitere Moleküle, wie das internationale Team, an dem auch Wissenschafter des Grazer Instituts für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften beteiligt sind, in der jüngsten Ausgabe des Fachmagazins "Nature" präsentierte.

Verfeinerte Analysemethoden forderten Überraschungen zutage
Verfeinerte Analysemethoden forderten Überraschungen zutage

Forscher hoffen unter den Planeten außerhalb unseres Sonnensystems auch solche zu finden, die der Erde ähnlich sind und vielleicht auch eine Form von Leben hervorgebracht haben. In vielen bisher entdeckten Fällen von Exoplaneten handelt es sich um "heiße Jupiter". Das sind große Gasplaneten wie der Jupiter in unserem Sonnensystem, die ihren Stern jedoch in sehr geringer Entfernung umkreisen und dadurch von dessen Strahlung stark aufgeheizt werden. Zu ihnen zählt auch der nun untersuchte HD209458b - er ist zwar kein bewohnbarer Planet, aber seine Atmosphäre und Entstehungsgeschichte interessiert die Forscher dennoch.

Größe und Masse von Jupiter

Der heiße Gasriese zählt zu den ersten Exoplaneten, die bereits vor rund 20 Jahren aufgespürt wurden. Er hat ungefähr die Größe und Masse des Planeten Jupiter, er kreist aber um seinen Mutterstern etwa zwanzig mal näher als die Erde um ihre. Dementsprechend ist der Exoplanet im Sternbild Orion einer extremen Hitze, die von den Forschern auf rund 1.800 Grad Celsius geschätzt wird, ausgesetzt und dürfte sich zusehends verflüchtigen.

Mithilfe des italienischen TNG auf der Kanareninsel La Palma haben die Forscher die Atmosphäre von HD209458b näher unter die Lupe genommen. Dabei sind sie auf fünf kohlenstoff- und stickstoffhaltige Molekülarten in der heißen Atmosphäre des Gasriesen gestoßen: "Wir haben Wasser, Kohlenmonoxid, Cyanwasserstoff, Methan, Ammoniak und Acetylen gefunden", erläuterte Luca Fossati. Er leitet die Forschungsgruppe Exoplaneten am Grazer Institut für Weltraumforschung der ÖAW.

Der Nachweis der Moleküle lasse laut dem Grazer Forscher auf eine größere Häufigkeit von Kohlenstoff als von Sauerstoff schließen. "Das bedeutet wiederum, dass sich der Planet in großer Entfernung von seinem Stern gebildet hat und dann auf ihn zugewandert ist", wie der Mitautor der Publikation folgerte.

Daten von Transits

Das Team sammelte Daten von insgesamt vier sogenannten Transits, jenen kurzen Momenten, zu denen Exoplaneten von der Erde aus gesehen an ihrem Stern vorbei wandern und ihn kurzzeitig punktuell verdunkeln. Im Falle von HD209458b geschieht dies alle dreieinhalb Tage. "Bei einem Transit zieht der Planet vor seinem Stern vorbei und das Licht des Sterns wird durch die Atmosphäre des Planeten gefiltert", erläuterte Fossati. Diese hinterlässt ihren chemischen "Fingerabdruck" im Lichtspektrum des Sterns. Die Forscher können aus diesen Veränderungen auf die darin enthaltenen Moleküle schließen.

In den meisten Fällen konzentrieren sich Forscher im infraroten Wellenlängenbereich speziell auf Wasser - jenem Molekül, das in diesem Bereich des Spektrums dominant vorhanden ist. "Wir haben uns jedoch gefragt: Hinterlassen all die anderen Moleküle, die wir theoretisch erwarten würden, keine beobachtbaren Spuren?", so Fossati. Um das herauszufinden, hat das Team die Analysetechnik mit großem Aufwand verfeinert. Die neu entwickelte Technik könnte laut den Autoren in der Ära der bodengebundenen Teleskope der nächsten Generation, wie etwa den Extremely Large Telescopes, zum Einsatz kommen, um die Atmosphäre erdähnlicher Exoplaneten nach echten Biomarkern, wie zum Beispiel molekularem Sauerstoff, zu durchsuchen, die dann Hinweise auf Leben geben könnten.

Service: P. Giacobbe, M. Brogi, S. Gandhi, P. Cubillos, A. S. Bonomo, A. Sozzetti, L. Fossati et al.: Five carbon- and nitrogen-bearing species in a hot giant planet atmosphere, Nature, April 2021

(APA/red, Foto: APA/APA/INAF/Marco Galliani)

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