Hubble entdeckt Wasserdampf in der Atmosphäre eines kleinen Exoplaneten

Steamy World könnte ein Beispiel für wasserreiche Planeten in unserer Galaxie sein

Die Suche nach Leben im Weltraum geht Hand in Hand mit der Suche nach Wasser auf Planeten um andere Sterne. Wasser ist eines der am häufigsten vorkommenden Moleküle im Universum und alles Leben auf der Erde benötigt es. Wasser fungiert als Lösungsmittel, indem es Substanzen auflöst und wichtige chemische Reaktionen in tierischen, pflanzlichen und mikrobiellen Zellen ermöglicht. Das gelingt ihm deutlich besser als anderen Flüssigkeiten.

Astronomen sind fasziniert, wenn sie Hinweise auf Wasserdampf auf Exoplaneten finden. Ein aktuelles Ziel ist der Planet GJ 9827d, der möglicherweise von einer wasserreichen Atmosphäre umgeben ist. Der Planet ist nicht größer als das Doppelte des Erddurchmessers und könnte ein Beispiel für potenziell wasserreiche Welten anderswo in unserer Galaxie sein. Planen Sie jedoch nicht, eine Immobilie in GJ 9827d zu kaufen. Der Planet ist so heiß wie Venusbei 800 Grad Fahrenheit. Das macht es zu einer dampfenden Welt.

Dies ist ein künstlerisches Konzept des Exoplaneten GJ 9827d, des kleinsten Exoplaneten, bei dem Wasserdampf in der Atmosphäre nachgewiesen wurde. Der Planet könnte ein Beispiel für potenzielle Planeten mit wasserreicher Atmosphäre anderswo in unserer Galaxie sein. Mit nur etwa dem doppelten Erddurchmesser umkreist der Planet den Roten Zwergstern GJ 9827. Zwei innere Planeten des Systems befinden sich auf der linken Seite. Die Hintergrundsterne sind so eingezeichnet, wie sie mit bloßem Auge gesehen werden würden, wenn man auf unsere Sonne blickt. Die Sonne ist zu schwach, um gesehen zu werden. Der blaue Stern oben rechts ist Regulus; der gelbe Stern in der Mitte unten ist Denebola; und der blaue Stern unten rechts ist Spica. Das Sternbild Löwe befindet sich links und die Jungfrau rechts. Beide Sternbilder sind aus unserer erdgebundenen Sicht aus einer Entfernung von 97 Lichtjahren verzerrt. Bildnachweis: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI), Ralf Crawford (STScI)

Hubble-Weltraumteleskop findet Wasserdampf in der Atmosphäre eines kleinen Exoplaneten

Astronomen beobachteten mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA den kleinsten Exoplaneten, bei dem Wasserdampf in der Atmosphäre nachgewiesen wurde. Mit nur etwa dem Doppelten des Erddurchmessers könnte der Planet GJ 9827d ein Beispiel für potenzielle Planeten mit wasserreicher Atmosphäre anderswo in unserer Galaxie sein.

„Dies wäre das erste Mal, dass wir durch eine atmosphärische Detektion direkt zeigen können, dass diese Planeten mit wasserreicher Atmosphäre tatsächlich um andere Sterne herum existieren können“, sagte Teammitglied Björn Benneke vom Trottier-Institut für Exoplanetenforschung an der Université de Montréal . „Dies ist ein wichtiger Schritt zur Bestimmung der Verbreitung und Vielfalt der Atmosphären auf Gesteinsplaneten.“

„Wasser auf einem so kleinen Planeten ist eine bahnbrechende Entdeckung“, fügte Co-Hauptforscherin Laura Kreidberg vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg hinzu. „Es kommt der Charakterisierung wirklich erdähnlicher Welten näher als je zuvor.“

Untersuchung der Atmosphäre des Planeten

Es ist jedoch noch zu früh, um zu sagen, ob Hubble spektroskopisch eine kleine Menge Wasserdampf in einer wasserstoffreichen Atmosphäre gemessen hat oder ob die Atmosphäre des Planeten größtenteils aus Wasser besteht, das zurückbleibt, nachdem eine urzeitliche Wasserstoff-/Heliumatmosphäre unter Sternstrahlung verdampft ist .

„Unser Beobachtungsprogramm unter der Leitung des Hauptforschers Ian Crossfield von der Kansas University in Lawrence, Kansas, wurde speziell mit dem Ziel entwickelt, nicht nur die Moleküle in der Atmosphäre des Planeten zu erkennen, sondern tatsächlich gezielt nach Wasserdampf zu suchen.“ Jedes Ergebnis wäre spannend, unabhängig davon, ob Wasserdampf dominiert oder nur ein winziger Teil davon ist Spezies in einer von Wasserstoff dominierten Atmosphäre“, sagte der Hauptautor der wissenschaftlichen Arbeit, Pierre-Alexis Roy vom Trottier-Institut für Exoplanetenforschung an der Université de Montréal.

„Bisher konnten wir die Atmosphäre eines so kleinen Planeten nicht direkt nachweisen. Und wir kommen jetzt langsam in dieses Regime hinein“, fügte Benneke hinzu. „Irgendwann, wenn wir kleinere Planeten untersuchen, muss es einen Übergang geben, bei dem es auf diesen kleinen Welten keinen Wasserstoff mehr gibt und sie eine Atmosphäre haben, die eher der der Venus ähnelt (die von Kohlendioxid dominiert wird).“

Da der Planet mit 800 Grad Fahrenheit so heiß ist wie die Venus, wäre er definitiv eine unwirtliche, dampfende Welt, wenn die Atmosphäre überwiegend aus Wasserdampf bestünde.

Implikationen und zukünftige Forschung

Derzeit bleiben dem Team zwei Möglichkeiten. Ein Szenario besagt, dass der Planet immer noch an einer wasserstoffreichen, mit Wasser durchsetzten Atmosphäre festhält, was ihn zu einer Mini-Atmosphäre macht.Neptun. Alternativ könnte es auch eine wärmere Variante sein JupiterDer Mond Europa hat unter seiner Kruste doppelt so viel Wasser wie die Erde. „Der Planet GJ 9827d könnte zur Hälfte aus Wasser und zur Hälfte aus Gestein bestehen. Und auf einem kleineren Felskörper würde sich viel Wasserdampf befinden“, sagte Benneke.

Wenn der Planet noch über eine wasserreiche Atmosphäre verfügt, muss er sich weiter entfernt von seinem Heimatstern gebildet haben, wo die Temperatur kalt ist und Wasser in Form von Eis verfügbar ist, als an seinem jetzigen Standort. In diesem Szenario wäre der Planet dann näher an den Stern gewandert und hätte mehr Strahlung erhalten. Der Wasserstoff wurde erhitzt und entwich oder ist immer noch dabei, der schwachen Schwerkraft des Planeten zu entkommen. Die alternative Theorie besagt, dass sich der Planet in der Nähe des heißen Sterns gebildet hat und eine Spur Wasser in seiner Atmosphäre aufweist.

Das Hubble-Programm beobachtete den Planeten während elf Transits – Ereignisse, bei denen der Planet vor seinem Stern vorbeizog –, die über drei Jahre verteilt waren. Bei Transiten wird Sternenlicht durch die Atmosphäre des Planeten gefiltert und weist den spektralen Fingerabdruck von Wassermolekülen auf. Wenn es Wolken auf dem Planeten gibt, befinden sie sich tief genug in der Atmosphäre, sodass sie Hubbles Blick auf die Atmosphäre nicht vollständig verdecken, und Hubble ist in der Lage, Wasserdampf über den Wolken zu untersuchen.

„Die Beobachtung von Wasser ist ein Tor zur Entdeckung anderer Dinge“, sagte Thomas Greene, Astrophysiker bei NASAAmes Research Center im kalifornischen Silicon Valley. „Diese Hubble-Entdeckung öffnet die Tür für zukünftige Untersuchungen dieser Planetentypen durch das James Webb-Weltraumteleskop. JWST kann mit zusätzlichen Infrarotbeobachtungen viel mehr sehen, einschließlich kohlenstoffhaltiger Moleküle wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan. Sobald wir eine vollständige Bestandsaufnahme der Elemente eines Planeten haben, können wir diese mit dem Stern vergleichen, den er umkreist, und verstehen, wie er entstanden ist.“

GJ 9827d wurde 2017 vom Kepler-Weltraumteleskop der NASA entdeckt. Alle 6,2 Tage umkreist es einen Roten Zwergstern. Der Stern GJ 9827 liegt 97 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Fische.

Referenz: „Water Absorption in the Transmission Spectrum of the Water World Candidate GJ 9827 d“ von Pierre-Alexis Roy, Björn Benneke, Caroline Piaulet, Michael A. Gully-Santiago, Ian JM Crossfield, Caroline V. Morley, Laura Kreidberg, Thomas Mikal-Evans, Jonathan Brande, Simon Delisle, Thomas P. Greene, Kevin K. Hardegree-Ullman, Travis Barman, Jessie L. Christiansen, Diana Dragomir, Jonathan J. Fortney, Andrew W. Howard, Molly R. Kosiarek und Joshua D . Lothringer, 12. September 2023, Der Astrophysikalische Tagebuchbriefe.
DOI: 10.3847/2041-8213/acebf0

Der Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen NASA und ESA. Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, verwaltet das Teleskop. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, führt wissenschaftliche Operationen mit Hubble und Webb durch. STScI wird für die NASA von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C. betrieben