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Exoplanet WASP-39 b: Daten vom James Webb Teleskop liefern detaillierteste Analyse der Atmosphäre

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Von: Patrick Klapetz

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Der Exoplanet WASP-39b (rechts) ist ein „heißer Saturn“, der seinem Stern (links) sehr nahekommt. Das „James Webb“-Weltraumtelesop hat die Atmosphäre des Exoplaneten untersucht. (Künstlerische Darstellung)
Der Exoplanet WASP-39b (rechts) ist ein „heißer Saturn“, der seinem Stern (links) sehr nahekommt. Das „James Webb“-Weltraumteleskop hat die Atmosphäre des Exoplaneten untersucht. (Künstlerische Darstellung) © NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Der Exoplanet WASP-39 b wird schon länger von Wissenschaftlern beobachtet. Die neusten Daten des James Webb Weltraumteleskops und die Arbeit eines Forschungsteams liefern nun die detaillierteste Analyse der Atmosphäre vom Exoplaneten.

Berlin/Washington, D.C. – Wie die amerikanische Raumfahrtbehörde NASA am Dienstag, 22. November 2022, berichtete, hat das Weltraumteleskop James Webb das erste molekulare und chemische Profil des Himmels einer fernen Welt entschlüsselt. Hubble und andere Weltraumteleskope konnten bisher nur einzelne Bestandteile der Atmosphären fremder Welten liefern. 

Dafür wurden die Instrumente von James Webb auf den entfernten Exoplaneten WASP-39 b gerichtet. Dieser befindet sich 700 Lichtjahre von der Erde entfernt, inmitten des Sternbildes Jungfrau. WASP-39 b ist ein sogenannter „heißer Saturn“. Er ist so groß wie unser Ringplanet, befindet sich aber in einer Umgebung, die so nah an seinem Mutterstern ist, wie Merkur an unserer Sonne. Der Exoplanet WASP-39 b ist sogar achtmal näher an seinem Wirtsstern dran als unser Merkur zu seinem.

Exoplanet WASP-39 b: Detaillierte Analyse dank Daten vom James Webb Teleskop

„Wir haben den Exoplaneten mit mehreren Instrumenten beobachtet, die zusammen einen breiten Bereich des Infrarotspektrums und eine Vielzahl chemischer Fingerabdrücke liefern, die bis zu dieser Mission unzugänglich waren, so Natalie Batalha, Astronomin an der University of California in Santa Cruz.

Die atmosphärische Zusammensetzung des heißen Gasriesen WASP-39 b wurde vom James Webb Space Telescope der NASA aufgedeckt. Diese Grafik zeigt vier Transmissionsspektren von drei Webb-Instrumenten, die in vier Instrumentenmodi betrieben wurden. Alle sind auf einer gemeinsamen Skala dargestellt, die von 0,5 bis 5,5 Mikrometer reicht. Oben links zeigen die Daten von NIRISS die Fingerabdrücke von Kalium (K), Wasser (H2O) und Kohlenmonoxid (CO). Rechts oben zeigen die Daten von NIRCam eine auffällige Wassersignatur. Unten links zeigen die Daten von NIRSpec Wasser, Schwefeldioxid (SO2), Kohlendioxid (CO2) und Kohlenmonoxid (CO). Rechts unten zeigen zusätzliche NIRSpec-Daten alle diese Moleküle sowie Natrium (Na).
Aufbau der Atmosphäre von Exoplanet WaSP-39 b © NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Die Wissenschaftler konnten beispielsweise Schwefeldioxid (SO2) in der Atmosphäre beim Exoplaneten WASP-39 b nachweisen. Dieses Molekül entsteht durch chemische Reaktionen, die durch hochenergetisches Licht seines Muttersterns ausgelöst werden. Auf der Erde wird die schützende Ozonschicht in der oberen Atmosphäre auf ähnliche Weise erzeugt. Außerdem wurden Natrium (Na), Kalium (K) und Wasserdampf (H2O) nachgewiesen. Auch Kohlendioxid (CO2) und Kohlenmonoxid (CO) konnten identifiziert werden. Anders sieht es jedoch mit Methan (CH4) und Schwefelwasserstoff (H2S) aus. 

Daten vom James Webb Teleskop ermöglichen genaue Analyse vom Exoplaneten WASP-39 b

Es ist das erste Mal, dass eine chemische Reaktion auf einem fremden Planeten nachgewiesen werden konnte, die durch energiereiches Sternenlicht ausgelöst wurde. Das erklärt der Hauptautor der Arbeit, Shang-Min Tsai. Er forscht an der Universität Oxford im Vereinigten Königreich.

Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA wurde erstmals Schwefeldioxid in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachgewiesen. Sein Vorhandensein kann nur durch Photochemie erklärt werden - chemische Reaktionen, die durch hochenergetische Teilchen des Sternenlichts ausgelöst werden. Die Photochemie ist für lebenswichtige Prozesse auf der Erde wie die Photosynthese und die Bildung unserer Ozonschicht von wesentlicher Bedeutung.
Atmosphärischer Aufbau des Exoplaneten WASP-39 b. © NASA/JPL-Caltech/Robert Hurt; Center for Astrophysics-Harvard & Smithsonian/Melissa Weiss

Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen, hat das Weltraumteleskop James Webb den Exoplaneten im Infrarotlicht beobachtet. Während WASP-39 b an seinem Wirtsstern vorbeizog, schimmerte ein Teil des Lichts des Sterns durch die Atmosphäre des Planeten. Da die unterschiedlichen Chemikalien in der Atmosphäre verschiedene Farben des Sternenlichts absorbieren, konnten die Astronomen erkennen, welche Moleküle vorhanden sind – und zwar aufgrund der fehlenden Farben im Sternenlichtspektrum. 

„Die Daten deuten auch darauf hin, dass der Sauerstoff in der Atmosphäre viel häufiger vorkommt als der Kohlenstoff“, berichtet die Exoplanetenforscherin Kazumasa Ohno von der UC Santa Cruz. 

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