Natriumgas liefert Hinweise auf vulkanisch aktiven Exo-Mond

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Künstlerische Darstellung eines vulkanischen Exo-Mondes mit extremen Masseverlust. Der versteckte Exo-Mond ist hier von einer angestrahlten Gaswolke umgeben dargestellt, die in Orange-Gelb leuchtet, als würde man sie durch einen Natriumfilter betrachten. Natriumwolkenschwaden folgen der Mondumlaufbahn, möglicherweise angetrieben von der Magnetosphäre des Gasriesen (Illu.). Copyright: Universität Bern, Thibaut Roger

Künstlerische Darstellung eines vulkanischen Exo-Mondes mit extremen Masseverlust. Der versteckte Exo-Mond ist hier von einer angestrahlten Gaswolke umgeben dargestellt, die in Orange-Gelb leuchtet, als würde man sie durch einen Natriumfilter betrachten. Natriumwolkenschwaden folgen der Mondumlaufbahn, möglicherweise angetrieben von der Magnetosphäre des Gasriesen (Illu.).
Copyright: Universität Bern, Thibaut Roger

Bern (Schweiz) – Während Exoplaneten in der Regeln entweder anhand von direkten Beobachtungen ihrer physischen Wirkung auf ihr Zentralgestirn direkt oder indirekt entdeckt und nachgewiesen werden, haben Schweizer Astronomen nun Hinweise auf einen, einen solchen Planeten umkreisenden Mond – einen Exo-Mond – in Form von Gasen in dessen direkter Umgebung gefunden. Bei dem Mond könnte es sich um eine extreme Version des Jupitermondes Io handeln.

Wie das Team um Apurva Oza, Postdoc am Physikalischen Institut der Universität Bern vorab via ArXiv.org und in einer kommenden Ausgabe des “The Astrophysical Journal“ berichten, haben sie das Gas-Signal um Planeten „Wasp 49-b“ entdeckt, der den rund 550 Lichtjahre entfernten Stern „Wasp 49“ im Sternbild Hase unterhalb des hellen Orion umkreist.

Bisher haben die Astronomen noch keinen Mond aus Gestein jenseits unseres eigenen Sonnensystems entdeckt. Die jetzige Deutung des Signals als Beleg für einen Mond um diesen Planeten stützen die Autoren der Studie mit theoretischen Vorhersagen zum entsprechenden Vorkommen des Gases im Umfeld von Planeten. „Wasp 49-b“ selbst ist ein heißer Riesenplanet, der seinen Stern in nur knapp drei Tagen umkreist.

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Im Umfeld dieses Planeten haben die Astronomen und Astrophysiker Natriumgas in außergewöhnlich großer Höhe nachgewiesen. „Das neutrale Natriumgas ist so weit vom Planeten entfernt, dass es höchstwahrscheinlich nicht bloß von einem planetaren Wind ausgestoßen wird“, erläutert Oza. Beobachtungen unseres Jupiters und seines Mondes Io in unserem Sonnensystem durch das internationale Team zusammen mit Berechnungen des Masseverlusts zeigen, dass ein „Exo-Io“ eine sehr plausible Quelle des Natriums bei „WASP 49-b“ sein könnte. „Das Natrium ist genau dort, wo es sein sollte“.

Über die vermuteten Eigenschaften des Exo-Mondes schreiben die Autoren: „Es wäre eine gefährliche, vulkanische Welt mit einer geschmolzenen Oberfläche aus Lava, eine lunare Version von heißen Super-Erden wie ‚55 Cancri-e‘.

Hintergrund
Schon 2006 hatten Robert Johnson an der University of Virginia und der verstorbene Patrick Huggins von der New York University gezeigt, dass große Mengen Natrium bei einem Exoplaneten auf einen versteckten Mond oder Materie-Ring hinweisen könnten. Vor zehn Jahren berechneten Forscher in Virginia dann, dass ein solch kompaktes System aus drei Körpern – Stern, Riesenplanet auf enger Umlaufbahn und Mond – durchaus über Milliarden Jahre stabil sein kann. Apurva Oza war damals Student in Virginia und nach seiner Doktorarbeit über Mondatmosphären in Paris beschloss er, die theoretischen Berechnungen dieser Forscher für die aktuelle Studie aufzunehmen.

„Die enormen Gezeitenkräfte in einem solchen System sind der Schlüssel zu allem“, erklärt der Astrophysiker weiter. „Die Energie, die von den Gezeiten an den Planeten und seinen Mond abgegeben wird, halten die Bahn des Mondes stabil, heizen ihn gleichzeitig auf und machen ihn damit vulkanisch aktiv.“ In ihrer Arbeit konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun zeigen, dass ein kleiner Gesteinsmond durch diesen extremen Vulkanismus mehr Natrium und Kalium ins All schleudern kann als ein großer Gasplanet, insbesondere in großen Höhen. „Natrium- und Kalium-Spektrallinien sind für uns Astronomen besondere Schätze, weil sie äußerst hell sind.“

Ihre Berechnungen verglichen die Forscher sodann mit diesen Beobachtungen und stießen dabei auf fünf Kandidaten von Systemen, in denen ein versteckter Exo-Moon der zerstörerischen, thermischen Verdampfung trotzen und überleben könnte. „Bei Wasp 49-b lassen sich die beobachteten Daten am besten mit der Existenz einer Exo-Io erklären“. Allerdings gebe es auch andere Möglichkeiten: „So könnte der Exoplanet beispielsweise von einem Ring aus ionisiertem Gas umgeben sein oder nicht-thermische Prozesse könnten eine Rolle spielen. (…) Wir müssen also noch mehr Hinweise finden“, gibt Oza zu. Aus diesem Grund setzten die Forschenden nun auf weitere Beobachtungen mit Satelliten im Weltraum und Instrumenten am Boden.

„Während die aktuelle Forschung in Richtung Bewohnbarkeit und Biosignaturen geht, ist unsere Signatur eine Signatur der Zerstörung“, kommentiert Oza abschließend. „Einige dieser Welten könnten durch den extremen Massenverlust in wenigen Milliarden Jahren zerstört werden. Spannend ist, dass wir diese zerstörerischen Prozesse in Echtzeit überwachen können wie ein Feuerwerk.“

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Quelle: Universität Bern

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