Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) haben Astronomen herausgefunden, dass ein „aufgeblähter“ Planet asymmetrisch ist, was bedeutet, dass zwischen einer Seite der Atmosphäre und der anderen ein erheblicher Unterschied besteht.
Bei dem extrasolaren Planeten oder „Exoplaneten“ handelt es sich um WASP-107 b, der einen etwa 210 Lichtjahre entfernten orangefarbenen Stern umkreist, der kleiner als die Sonne ist. WASP-107 b wurde 2017 entdeckt und ist 94 % so groß wie Jupiter, hat aber nur 10 % der Masse des Gasriesen des Sonnensystems. Dies bedeutet, dass es sich um einen der am wenigsten dichten Exoplaneten handelt, die jemals entdeckt wurden, und dass er weitaus „aufgedunsener“ ist als erwartet.
Anfang dieses Jahres stellten Wissenschaftler fest, dass dies wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, dass das Innere von WASP-107 b viel heißer ist als vorhergesagt, und dass der Planet außerdem einen felsigen Kern besitzt, der größer ist als bisher angenommen. Diese seltsamen Eigenschaften wurden durch einen Methanmangel in seiner Atmosphäre erklärt. Jetzt müssen Wissenschaftler ein weiteres Rätsel um WASP-107 b lösen.
Die merkwürdige Asymmetrie von WASP-107 b stellt Astronomen vor ein Rätsel. „Dies ist das erste Mal, dass die Ost-West-Asymmetrie eines Exoplaneten aus dem Weltraum beobachtet wurde, während er seinen Stern passiert“, sagte Matthew Murphy, ein Doktorand am Steward Observatory der University of Arizona, in einer Erklärung.
Murphy und Kollegen untersuchten WASP-107, indem sie das Licht seines Muttersterns aufzeichneten, während dieser durch die Atmosphäre des Planeten wanderte, während er die Oberfläche seines Sterns überquerte oder „durchquerte“. „Ein Transit ist, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht – wie es der Mond während einer Sonnenfinsternis tut“, sagte Murphy und fügte hinzu, dass „Beobachtungen aus dem Weltraum viele verschiedene Vorteile gegenüber Beobachtungen vom Boden aus haben.“
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WASP-107 b ist unausgeglichen
WASP-107 b umkreist seinen Stern in einer Entfernung von etwa 5 Millionen Meilen oder etwa 6 % der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Das bedeutet, dass der Planet in etwa fünf Erdentagen eine Umlaufbahn durchläuft. Darüber hinaus ist der Exoplanet gezeitengebunden an seinen Stern gebunden. Dies führt dazu, dass eine Seite, die „Tagseite“, ständig dem Stern zugewandt ist, während die andere, die „Nachtseite“, dauerhaft dem Weltraum zugewandt ist.
Der Exoplanet ist nicht so heiß wie viele Welten, die ihren Sternen so nahe sind. Seine Temperatur beträgt 890 Grad Fahrenheit (477 Grad Celsius) und liegt damit zwischen den heißesten Exoplaneten und den relativ kühlen Planeten des Sonnensystems. Was die Dichte angeht, ist WASP-107 b einzigartig leicht, was zu einer schwachen Schwerkraft führt und zu einer stark aufgeblasenen Atmosphäre führt.
„So etwas gibt es in unserem eigenen Sonnensystem nicht. Es ist einzigartig, sogar unter der Exoplanetenpopulation“, sagte Murphy.
Da Elemente Licht bei charakteristischen Wellenlängen absorbieren und emittieren, kann das Spektrum des Lichts, das eine Atmosphäre durchdringt, mithilfe einer Technik namens Transmissionsspektroskopie Aufschluss darüber geben, woraus diese Atmosphäre besteht. Da das JWST WASP-107 b beim Vorbeiflug an seinem Stern beobachten konnte, konnten Wissenschaftler die Zusammensetzung seiner Atmosphäre bestimmen.
Die hohe Präzision des JWST ermöglichte es dem Team auch, „Schnappschüsse“ des Exoplaneten und separate Signale zu machen, die von seiner Ost- und Westseite ausgingen. Dadurch konnten sie die Prozesse in der Atmosphäre von WASP-107 b besser verstehen.
„Diese Schnappschüsse verraten uns viel über die Gase in der Atmosphäre des Exoplaneten, die Wolken, die Struktur der Atmosphäre, die Chemie und wie sich alles verändert, wenn unterschiedliche Mengen Sonnenlicht einfallen“, fuhr Murphy fort. „Traditionell funktionieren unsere Beobachtungstechniken für diese Zwischenplaneten nicht so gut, daher gab es viele spannende offene Fragen, die wir endlich beantworten können.“
„Einige unserer Modelle sagten uns zum Beispiel, dass ein Planet wie WASP-107b diese Asymmetrie überhaupt nicht haben sollte – wir lernen also bereits etwas Neues.“
Das Team plant nun, die mit dem JWST gesammelten Daten genauer zu untersuchen, um ein besseres Bild von WASP-107 b zu erstellen und herauszufinden, was die Asymmetrie in seiner Atmosphäre verursacht.
„Bei fast allen Exoplaneten können wir sie nicht einmal direkt betrachten, geschweige denn wissen, was auf der einen Seite im Vergleich zur anderen vor sich geht“, schloss Murphy. „Zum ersten Mal sind wir in der Lage, einen viel lokalisierteren Blick auf die Vorgänge in der Atmosphäre eines Exoplaneten zu werfen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Dienstag (24. September) in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
