James Webb löst das Rätsel um den „aufgeblasenen“ Exoplaneten – DW – 21.05.2024

James Webb löst das Rätsel um den „aufgeblasenen“ Exoplaneten – DW – 21.05.2024
James Webb löst das Rätsel um den „aufgeblasenen“ Exoplaneten – DW – 21.05.2024
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Mit mehr als drei Vierteln des Volumens von Jupiter, aber weniger als einem Zehntel seiner Masse ist der Exoplanet „WASP-107b“ einer der Planeten mit der geringsten Dichte, die wir kennen. Jetzt haben neue Daten des James-Webb-Teleskops dazu beigetragen, zu entschlüsseln, warum dieser Gasriesenkörper so „aufgedunsen“ ist.

Die Webb-Daten zeigen in Kombination mit früheren Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops „überraschend“ wenig Methan (CH4) in der Atmosphäre von WASP-107b, was darauf hindeutet, dass das Innere des Planeten deutlich heißer und der Kern viel heißer sein muss als bisher angenommen.

Die Ergebnisse, die zeigen, dass der Exoplanet nicht so mysteriös ist, wie es schien, wurden gerade in zwei Artikeln in der Zeitschrift veröffentlicht NaturBerichtnotizen der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und der Europäischen Weltraumorganisation ESA.

Die Ergebnisse, die durch Webbs „außergewöhnliche Fähigkeit“ ermöglicht wurden, Licht zu messen, das durch die Atmosphäre von Exoplaneten dringt, könnten das Anschwellen Dutzender Exoplaneten mit geringer Dichte erklären.

Obwohl geschwollene oder „schwammige“ Planeten keine Seltenheit sind, sind die meisten heißer und massereicher und daher leichter zu erklären.

„Aufgrund seines Radius, seiner Masse und seines Alters dachten wir, dass WASP-107b einen sehr kleinen Gesteinskern hatte, der von einer riesigen Masse aus Wasserstoff und Helium umgeben war“, erklärt Luis Welbanks von der Arizona State University, aber „es war schwer zu verstehen, wie a.“ „Ein so kleiner Kern könnte so viel Gas absorbieren und nicht zu einem Planeten mit der Masse von Jupiter werden.“

Wenn WASP-107b hingegen mehr Masse im Kern hat, hätte sich die Atmosphäre zusammenziehen müssen, da der Planet in der Zeit seit seiner Entstehung abgekühlt ist. Ohne eine Wärmequelle zur erneuten Expansion des Gases müsste der Planet viel kleiner sein.

Obwohl WASP-107b eine Umlaufbahnentfernung von nur 8 Millionen Kilometern hat (ein Siebtel der Entfernung zwischen Merkur und der Sonne), erhält es nicht genug Energie von seinem Stern, um sich so aufzublähen.

Auf den Spuren von Exoplaneten

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Transmissionsspektroskopie

Der riesige Radius, die ausgedehnte Atmosphäre und die Randumlaufbahn von WASP-107b machen es ideal für die Transmissionsspektroskopie, eine Methode zur Identifizierung der verschiedenen Gase in der Atmosphäre eines Exoplaneten anhand ihrer Auswirkung auf das Sternenlicht.

So wurde nicht nur die Häufigkeit einer Vielzahl von Molekülen nachgewiesen, sondern auch gemessen, etwa von Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Ammoniak.

Die beiden Spektren – ermittelt durch Messungen mehrerer Instrumente von Webb und Hubble – zeigen einen überraschenden Mangel an Methan in der Atmosphäre von WASP-107b: ein Tausendstel der Menge, die aufgrund der angenommenen Temperatur erwartet wird.

„Das zeigt, dass sich heißes Gas tief im Inneren des Planeten kräftig mit den kälteren Schichten darüber vermischen muss“, sagt David Sing von der Johns Hopkins University.

Methan ist bei hohen Temperaturen instabil. „Die Tatsache, dass wir so wenig entdeckt haben, obwohl wir andere kohlenstofftragende Moleküle entdeckt haben, sagt uns, dass das Innere des Planeten viel heißer sein muss, als wir dachten“, sagt er.

Gezeitenerwärmung

Eine wahrscheinliche Quelle der zusätzlichen inneren Energie von WASP-107b ist die Gezeitenerwärmung, die durch seine leicht elliptische Umlaufbahn verursacht wird.

Da sich der Abstand zwischen dem Stern und dem Planeten während seiner 5,7-tägigen Umlaufbahn ständig ändert, ändert sich auch die Anziehungskraft, wodurch der Planet gedehnt und erhitzt wird.

Der Exoplanet WASP-107b weist riesige Wolken scheinbar sandiger Zusammensetzung auf, wie hier dargestelltBild: Europäisches MIRI EXO GTO-Team/ESA/NASA

Forscher hatten zuvor vorgeschlagen, dass die Gezeitenerwärmung die Ursache für die Schwellung von WASP-107b sein könnte, doch bis zum Eintreffen der Webb-Ergebnisse gab es keine Beweise.

Der Kern ist mindestens doppelt so massereich wie ursprünglich angenommen, was im Hinblick auf die Entstehung von Planeten sinnvoller ist.

Alles in allem stellt sich heraus, dass WASP-107b nicht so mysteriös ist, wie es schien. „Webbs Daten sagen uns, dass Planeten wie WASP-107b nicht auf seltsame Weise entstanden sein müssen, mit einem superkleinen Kern und einer riesigen Gashülle“, sagt Mike Line von der Arizona State University.

„Stattdessen können wir etwas nehmen, das eher Neptun ähnelt, mit viel Gestein und nicht so viel Gas, einfach die Temperatur erhöhen und ihm das Aussehen geben, das er hat.“

die(EFE, NASA)

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