Moleküle machen „unsichtbare“ Exoplaneten sichtbar


Der Gasplanet „Beta Pictoris b“ tritt bei der Suche im Spektrum von Wasser- und/oder Kohlenstoff-Molekülen (H2O u. CO, siehe o.) hervor, bleibt aber im Spektrum von Methan (CH4, s.u.l.) und Ammoniak (NH3, s.u.r.) unsichtbar, da der Planet für letztere Moleküle zu heiß ist. Sein Stern (Beta Pictoris, siehe Sternsymbol) „verschwindet“ in allen vier Spektren, da hier die Moleküle aufgrund der extrem hohen Temperaturen nicht vorhanden sein können.
Copyright: Université de Genève

Genf (Schweiz) – Aufgrund der Nähe zu ihrem Stern und dessen eigener, das Lichtsignal seiner Planeten überstrahlenden Helligkeit, ist es meist schwierig, Planeten um ferne Sterne direkt abzubilden. Schweizer Astronomen haben nun eine neue Methode zur Entdeckung von Exoplaneten vorgestellt. Sie nutzt Moleküle in den Atmosphären entsprechender Planeten, um deren Existenz zu offenbaren.

Wie das Team um Jens Hoeijmakers von der Université de Genève aktuell im Fachjournal „Astronomy & Astrophysics“ (DOI: 10.1051/0004-6361/201832902) berichtet, ist die entwickelte Methode derart empfindlich, dass bestimmte Moleküle ausgewählt werden können. „Vorausgesetzt, dass diese Moleküle nicht auch in dem Muttergestirn selbst vorkommen, tritt ein vorhandener Planet anhand seiner atmosphärischen Moleküle regelrecht in Erscheinung, während der Stern selbst ‚verschwindet‘“.

War es Astronomen bislang nur anhand einiger weniger Ausnahmen gelungen, Planeten um ferne Sterne direkt abzubilden (…GreWi berichtete: 1, 2, 3), haben die Wissenschaftler um Hoeijmakers ihre neue Methode nun anhand von Archivdaten des SINFONI-Instruments zu dem Stern Beta Pictoris angewandt, von dem bekannt ist, dass er von mindestens einem großen Gasplaneten umkreist wird: Beta Pictoris b.

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„Jeder Pixel dieser Bilder beinhaltet das Lichtspektrum, das von diesem Pixel aufgefangen wurde“, erläutern die Forscher. „Dieses Spektrum wurde dann mit einem Spektrum eines bestimmten Moleküls verglichen – beispielsweise dem von Wasserdampf – um so zu untersuchen, ob es hier eine Korrelation gibt. Gibt es diese Übereinstimmung, dann bedeutet das, das dieses Molekül in der Atmosphäre des Planeten vorhanden ist.”

Angewandt auf Beta Pictoris und seinen bekannten Planeten entdeckten die Wissenschaftler, dass der Planet sehr deutlich in Erscheinung tritt, wenn mit der Methode nach Wasser (H2O) oder Kohlenmonoxid (CO) gefahndet wird. Sucht man damit jedoch nach Methan (CH4) und Ammoniak (NH3), so bleibt der Planet unsichtbar, was darauf hindeutet, dass diese Moleküle nicht in der Atmosphäre des Planeten vorhanden sind.

„Auch der Mutterstern (Beta Pictoris) bleibt bei der Suche nach allen vier Molekülarten unsichtbar, da der Stern wirklich extrem heiß ist. So heiß, dass diese vier Moleküle zerstört werden“, erläutert Hoeijmakers. „Auf diese Weise ermöglicht uns diese neue Methode nicht nur den Nachweis von Elementen in den Atmosphären und auf den Oberflächen der untersuchten Planeten, sondern auch eine erste Messung der vorherrschenden Temperaturen“

Der Umstand, dass „Beta Pictoris b“ nicht mit Hilfe der Spektren von Methan und Ammoniak aufgezeigt werden kann stimmt somit mit einer Planetentemperatur von geschätzten 1700 Grad überein – zu heiß also, als dass diese Moleküle weiterhin hier existieren könnten.

„Obwohl die Methode noch am Anfang stehe, könnte sie die Art und Weise, wie wir Planeten und ihre Atmosphären zukünftig charakterisieren verändern“, zeigt sich Hoeijmakers überzeugt. „Schon jetzt sind wir sehr gespannt, was uns zukünftige Spektrografen wie ERIS am Very Large Telescope (VLT) oder das HARMONI-Instrument, das Extremely Large Telescope (ELT) der Europäischen Südsternwarte in Chile geplant ist, aufzeigen werden.

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