Der feurige Exoplanet WASP-76b – ein sogenannter heißer Jupiter, auf dem es Eisen regnet – könnte heißer sein als bisher angenommen. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser
Gilt als ultra-heiß Jupiter – ein Ort, an dem Eisen verdampft, auf der Nachtseite kondensiert und dann wie Regen vom Himmel fällt – das feurige, infernoartige WASP-76b Exoplanet könnte sogar noch knisternder sein, als Wissenschaftler gedacht hatten.
Ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Cornell University, der University of Toronto und der Queen’s University Belfast berichtet über die Entdeckung von ionisiertem Kalzium auf dem Planeten – was auf eine höhere Atmosphärentemperatur als bisher angenommen oder auf starke Winde in der oberen Atmosphäre hindeutet.
Die Entdeckung wurde in hochauflösenden Spektren gemacht, die mit Gemini North in der Nähe des Gipfels des Mauna Kea auf Hawaii aufgenommen wurden.
Heiße Jupiter sind aufgrund ihrer Nähe zu ihren Sternen nach ihren hohen Temperaturen benannt. WASP-76b, das 2016 entdeckt wurde, ist etwa 640 Lichtjahre von der Erde entfernt, aber so nah an seinem F-Typ-Stern, der etwas heißer als die Sonne ist, dass der Riesenplanet alle 1,8 Erdtage eine Umlaufbahn absolviert.
Die Forschungsergebnisse sind die ersten eines mehrjährigen, von Cornell geleiteten Projekts, Exoplanets with Gemini Spectroscopy Survey oder ExoGemS, das die Vielfalt planetarischer Atmosphären erforscht.
„Durch die Fernerkundung von Dutzenden von Exoplaneten mit unterschiedlichen Massen und Temperaturen werden wir ein vollständigeres Bild der wahren Vielfalt außerirdischer Welten entwickeln – von denen, die heiß genug sind, um Eisenregen zu beherbergen, bis hin zu anderen mit gemäßigterem Klima, von diejenigen, die schwerer als Jupiter sind, für andere, die nicht viel größer als die Erde sind“, sagte Co-Autor Ray Jayawardhana, Harold Tanner Dean vom College of Arts and Sciences an der Cornell University und Professor für Astronomie.
„Es ist bemerkenswert, dass wir mit den heutigen Teleskopen und Instrumenten bereits so viel über die Atmosphären – ihre Bestandteile, physikalischen Eigenschaften, das Vorhandensein von Wolken und sogar großräumige Windmuster – von Planeten lernen können, die Hunderte von Lichtjahren entfernte Sterne umkreisen. “, sagte Jayawardhana.
Die Gruppe entdeckte ein seltenes Trio von Spektrallinien in hochempfindlichen Beobachtungen der Atmosphäre des Exoplaneten WASP-76b, veröffentlicht in der Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe am 28. September und präsentiert am 5. Oktober auf der Jahrestagung der Division for Planetary Sciences der American Astronomical Society.
„Wir sehen so viel Kalzium; es ist ein wirklich starkes Merkmal“, sagte die Erstautorin Emily Deibert, eine Doktorandin der University of Toronto, deren Berater Jayawardhana ist.
„Diese spektrale Signatur von ionisiertem Kalzium könnte darauf hinweisen, dass der Exoplanet sehr starke Winde in der oberen Atmosphäre hat“, sagte Deibert. „Oder die atmosphärische Temperatur auf dem Exoplaneten ist viel höher als wir dachten.“
Da WASP-76b durch Gezeiten gesperrt ist – insofern eine Seite immer dem Stern zugewandt ist – hat es eine permanente Nachtseite mit relativ kühlen 2.400 Grad Fahrenheit Durchschnittstemperatur. Seine dem Stern zugewandte Tagseite hat eine Durchschnittstemperatur von 4.400 Grad F.
Deibert und ihre Kollegen untersuchten die gemäßigte Temperaturzone am Rand des Planeten zwischen Tag und Nacht. „Der Exoplanet bewegt sich schnell auf seiner Umlaufbahn und so konnten wir sein Signal vom Sternenlicht trennen“, sagte sie. „Man sieht, dass sich der Kalziumabdruck in den Spektren schnell mit dem Planeten bewegt.“
Die ExoGemS-Umfrage – mit der 30 oder mehr Planeten untersucht werden sollen – wird von Jake Turner, einem Carl Sagan Fellow in . geleitet NASA‘s Hubble Fellowship-Programm, der in Cornells Department of Astronomy (A&S) tätig ist und auch von Jayawardhana beraten wird.
Astronomen tauchen weiterhin tiefer ein, um Exoplaneten zu verstehen – die vor zwei Jahrzehnten nur als Traum angesehen wurden. „Unsere Arbeit und die anderer Forscher ebnen den Weg für die Erforschung der Atmosphären terrestrischer Welten jenseits unseres Sonnensystems“, sagte Turner.
Referenz: „Detection of Ionized Calcium in the Atmosphere of the Ultra-Hot Jupiter WASP-76b“ von Emily K. Deibert, Ernst JW de Mooij, Ray Jayawardhana, Jake D. Turner, Andrew Ridden-Harper, Luca Fossati, Callie E. Hood, Jonathan J. Fortney, Laura Flagg, Ryan MacDonald, Romain Allart und David K. Sing, 28. September 2021, Die Briefe des Astrophysikalischen Journals.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac2513
Andere Autoren des Papiers sind Ernst JW de Mooij von der Queen’s University Belfast; Luca Fossati von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften; Callie E. Hood und Jonathan J. Fortney, beide von der University of California, Santa Cruz; Romain Allart von der Universität Montreal; und David K. Sing von der Johns Hopkins University. Zu den Cornellianern gehörten die Forscher Andrew Ridden-Harper und Laura Flagg, beide in Jayawardhanas Gruppe, und Ryan MacDonald. Teile dieser Forschung wurden von der NASA finanziert.
Gemini North ist Teil des internationalen Gemini Observatory, einem Programm des NOIRLab der National Science Foundation.