Künstlerische Darstellung eines heißen Jupiters. (ESO/L. Calçada) Ein etwa 1.360 Lichtjahre entfernter Exoplanet ist seinem Stern so nahe, dass seine Wolken aus verdampftem Gestein bestehen.
Er heißt WASP-178b und umkreist WASP-178, einen jungen weißen Stern mit der doppelten Masse der Sonne, auf einer wahnsinnig kurzen Umlaufbahn von nur 3,3 Tagen. In dieser Nähe steigen die Temperaturen auf der gasförmigen Welt in die Höhe – so heiß, dass sie als „ultraheiß“ eingestuft wird Jupiter ', möglicherweise der extremste Typ von Exoplaneten, den wir kennen.
Eine neue Studie über das Wetter auf dieser wilden Welt hat zum ersten Mal identifiziert Siliziummonoxid (SiO) in der Atmosphäre eines Exoplaneten und gibt uns neue Einblicke in diese wirklich fremden Welten.
„Wir haben immer noch kein gutes Verständnis des Wetters in verschiedenen Planetenumgebungen“, sagte der Astrophysiker David Sing der Johns Hopkins University.
„Wenn man sich die Erde anschaut, sind alle unsere Wettervorhersagen immer noch genau auf das abgestimmt, was wir messen können.“ Aber wenn man zu einem entfernten Exoplaneten fliegt, hat man nur begrenzte Vorhersagemöglichkeiten, weil man keine allgemeine Theorie darüber aufgestellt hat, wie alles in einer Atmosphäre zusammenhängt und auf extreme Bedingungen reagiert.“
Insbesondere heiße Jupiter sind absolut faszinierend und reif für Studien. Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei diesen Welten um Gasriesen wie Jupiter, aber sie sind auch sehr heiß, weil sie sich auf extrem engen Umlaufbahnen mit ihren Sternen befinden – einige davon wirbeln darin herum weniger als einen Tag .
Sie stellen ein interessantes Rätsel dar: Sie können sich nicht auf ihrer aktuellen Umlaufbahn gebildet haben, da Schwerkraft, Strahlung und starke Sternwinde das Zusammenklumpen des Gases hätten verhindern sollen. Bisher wurden jedoch über 300 heiße Jupiter entdeckt; Astronomen glauben, dass sie weiter von ihren Sternen entfernt entstehen und nach innen wandern.
WASP-178b hat etwa die 1,4-fache Masse des Jupiter und etwa das 1,9-fache seiner Größe. Durch die Hitze seines Sterns aufgebläht, erreicht der Exoplanet Temperaturen von 2.450 Kelvin (2.177 Grad Celsius oder 3.950 Grad Fahrenheit). Diese Temperatur ist der ideale Ort für den Nachweis von verdampftem Silikat: Theoretische Studien haben gezeigt, dass Siliziummonoxid oberhalb von 2.000 Kelvin voraussichtlich nachweisbar ist.
Hier ist wie. Der Exoplanet bewegt sich zwischen uns und seinem Mutterstern. Bei jedem Transit wird ein Teil des Lichts des Sterns von Atomen in der Atmosphäre des Exoplaneten absorbiert; Jedes Element absorbiert oder emittiert auf einer anderen Wellenlänge, was bedeutet, dass es als Signal im Spektrum des vom Stern empfangenen Lichts identifiziert werden kann.
Wie Sie sich vorstellen können, ist das Signal absolut winzig, aber durch die Stapelung von Transiten können Astronomen das Spektrum verstärken, um ein lesbares Signal zu erhalten. Bei dieser Methode werden Metalle wie Titan, Eisen und Magnesium verdampft wurden festgestellt in der Atmosphäre heißer Jupiter.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Sing und seinem Kollegen Josh Lothringer von der Utah Valley University nutzte das Hubble-Weltraumteleskop, um das Spektrum von WASP-178b zu erfassen, und fand ein Signal, wie es noch nie zuvor gesehen wurde. Ihrer Analyse zufolge handelte es sich um Silizium und Magnesium.
„Insbesondere SiO wurde unseres Wissens bisher noch nicht auf Exoplaneten nachgewiesen“, sie schrieben in ihrer Zeitung „Aber das Vorhandensein von SiO in WASP-178b steht im Einklang mit den theoretischen Erwartungen als dominierende Si-haltige Spezies bei hohen Temperaturen.“
WASP-178b ist, wie alle bekannten heißen Jupiter, gezeitengesperrt zu seinem Stern. Das bedeutet, dass eine Seite bei ständigem Tag dem Stern ständig zugewandt ist und die andere Seite bei ständiger Nacht abgewandt ist. Dadurch entsteht ein erheblicher Temperaturunterschied zwischen den beiden Hemisphären des Exoplaneten, wobei zwischen beiden eine rotierende Atmosphäre wirbelt.
Auf der Nachtseite des Exoplaneten ist es möglicherweise kühl genug, dass die Dämpfe zu Wolken kondensieren, die tiefer in die Atmosphäre regnen, bevor sie zurück zur Tagseite geblasen werden, wo die Mineralien erneut verdampfen.
Die Forscher konnten bei WASP-178b keine Anzeichen dieser Kondensation erkennen Terminator , die Linie, die Tag und Nacht trennt. Die Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass Siliziummonoxid möglicherweise auf anderen Exoplaneten vorhanden ist, für die detaillierte Terminatorbeobachtungen besser sichtbar sind, nämlich WASP-76b . Wenn es auf einem Exoplaneten Gesteinsregen gibt, könnte dies der richtige Ort sein, um ihn zu finden.
Die Ergebnisse des Teams zeigen auch, dass wir immer besser darin werden, in die geheimnisvollen Atmosphären ferner Welten zu blicken. Dies ist ein gutes Zeichen für die Betrachtung kleinerer Exoplaneten, die weiter von ihren Sternen entfernt sind.
„Wenn wir nicht herausfinden können, was auf superheißen Jupitern passiert, wo wir zuverlässige, solide Beobachtungsdaten haben, werden wir keine Chance haben, herauszufinden, was in schwächeren Spektren aus der Beobachtung terrestrischer Exoplaneten passiert.“ sagte Lothringer .
„Dies ist ein Test unserer Techniken, der es uns ermöglicht, ein allgemeines Verständnis physikalischer Eigenschaften wie Wolkenbildung und atmosphärischer Struktur aufzubauen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .