Wenn ein Planet eine Atmosphäre hat, leckt diese wahrscheinlich, manche schneller als andere. Und Astronomen haben gerade einen Knaller gefunden: eine Atmosphäre, die so undicht ist, dass sie in riesigen Jets herausspritzt.
Der für diese Aktivität verantwortliche Exoplanet ist HAT-P-32b, ein Gasriese mit etwa dem 1,8-fachen Jupiterradius und etwa 923 Lichtjahren entfernt. Es spuckt genug Gas aus, um zwei Schweife zu bilden, die zusammen eine Distanz von mehr als dem 53-fachen des Radius des Exoplaneten überbrücken.
Laut einem Team unter der Leitung des Astrophysikers Zhoujian Zhang von der University of California in Santa Cruz gehören diese Schweife zu den größten Strukturen, die wir jemals im Zusammenhang mit einem Exoplaneten gefunden haben.
„Es ist spannend zu sehen, wie gigantisch die ausgedehnten Schweife im Vergleich zur Größe des Planeten und seines Muttersterns sind“, sagt Zhang, der die Entdeckung während seines Aufenthalts an der University of Texas in Austin leitete. „Andere Planeten könnten auch ausgedehnte entweichende Atmosphären haben, die darauf warten, durch ähnliche Überwachung entdeckt zu werden.“
Dass HAT-P-32b seine Atmosphäre verliert, ist nicht überraschend. Es handelt sich um eine bauschige Welt mit einer geringen Dichte, die nur 10 Prozent der Dichte von Jupiter beträgt, und die ihren Stern auf einer sehr engen Umlaufbahn von nur 2,15 Tagen umkreist. In dieser Nähe zu seinem Stern – einem Stern, der etwas größer und heißer als die Sonne ist – erwärmt sich der Exoplanet auf eine Temperatur von etwa 1.836 Kelvin (2.845 Fahrenheit, 1.562 Grad Celsius).
Die Hitze macht HAT-P-32b so aufgedunsen, aber es ist auch der Grund, warum ihm die Atmosphäre entzogen wird. Frühere Beobachtungen beobachteten diesen Effekt in Aktion, hatten jedoch nicht das wahre Ausmaß der durch den Stern verursachten atmosphärischen Zerstörung erfasst.
Das liegt daran, dass wir HAT-P-32b mithilfe von Transiten untersuchen, bei denen ein Exoplanet zwischen uns und seinem Stern kreist. Dadurch schwankt das Licht des Sterns regelmäßig leicht und wird schwächer, wenn der Exoplanet einen Teil seines Lichts blockiert.
Aber etwas Interessantes passiert, wenn ein Exoplanet mit einer Atmosphäre vor seinem Mutterstern vorbeizieht. Ein Teil des Lichts dieses Sterns wandert durch die Atmosphäre und verursacht Veränderungen im Spektrum, da einige Wellenlängen von Elementen und Verbindungen im Gas absorbiert und wieder emittiert werden. Diese können wie ein chemischer Fingerabdruck erkannt und auf die sie verursachenden Stoffe zurückgeführt werden.
Die undichte Atmosphäre von HAT-P-32b wurde bei Beobachtungen dieser Transite deutlich, als Wissenschaftler einen Überschuss an Wasserstoff-Alpha und Helium bemerkten. Da sie nur Transitdaten untersuchten, kannten wir nicht das volle Ausmaß des Lecks.
Zhang und seine Kollegen nutzten das Hobby-Eberly-Teleskop am McDonald-Observatorium in Texas, um den Exoplaneten über mehrere Nächte hinweg zu beobachten und Daten über seine gesamte Umlaufbahn zusammenzustellen, nicht nur über die drei Stunden, die er für den Transit benötigt. Anschließend analysierten sie die Spektren sorgfältig und suchten nach Variationen in den Gasen, von denen bekannt ist, dass sie aus der Atmosphäre von HAT-P-32b austreten.
Sie fanden heraus, dass die Schwänze absolut massiv sind. Der Exoplanet bläht sich so stark auf, dass er den Punkt überschreitet, an dem das Gas gravitativ an den Planeten gebunden bleiben kann, und riesige Mengen an Material in den Raum um den Stern schleudert – etwa 33,8 Billionen Tonnen pro Jahr, so die Berechnungen des Teams .
Bei diesem Tempo würde es etwa 40 Milliarden Jahre dauern, bis die Erdatmosphäre vollständig verdampft wäre. Das ist eine lange Zeit – fast das Dreifache der aktuellen Lebensdauer des Universums von 13,8 Milliarden Jahren – und könnte Astronomen dabei helfen, andere Leaky-Gas-Exoplaneten auf engen Umlaufbahnen mit ihren Sternen zu interpretieren.
„Unsere Erkenntnisse zu HAT-P-32b könnten uns helfen zu verstehen, wie andere Planeten und ihre Sterne interagieren“, sagt die Astronomin Caroline Morley von der University of Texas in Austin. „Wir sind in der Lage, hochpräzise Messungen an heißen Jupitern wie diesem durchzuführen und unsere Erkenntnisse dann auf ein breiteres Spektrum von Planeten anzuwenden.“
Wir haben bereits undichte Exoplaneten gefunden, und einige weisen sogar einige Ähnlichkeiten mit den Transiten von HAT-P-32b auf. Die Entdeckung lässt darauf schließen, dass es noch viele weitere dieser Riesenschweife gibt, die nur darauf warten, von uns entdeckt zu werden.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte.