Februar 1, 2023

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Wir haben gerade die bisher detaillierteste Ansicht der Atmosphäre eines Exoplaneten erhalten

Wir haben gerade die bisher detaillierteste Ansicht der Atmosphäre eines Exoplaneten erhalten

WASP-39b, ein etwa 700 Lichtjahre entfernter Gasriese, entpuppte sich als Exoplanetenschatz.

Anfang dieses Jahres war WASP-39b das Thema Erste Entdeckung überhaupt Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb des Sonnensystems.

Jetzt hat uns die gründliche Analyse von Daten des James Webb Space Telescope (JWST) eine absolute Goldmine an Informationen geliefert: den bisher detailliertesten Einblick in die Atmosphäre eines Exoplaneten.

Die Ergebnisse umfassen Informationen über die Wolken von WASP-39b, den allerersten direkten Nachweis von Photochemie in der Atmosphäre eines Exoplaneten und eine nahezu vollständige Bestandsaufnahme der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre, die verlockende Hinweise auf die Entstehungsgeschichte des Exoplaneten enthüllt.

Diese epischen Entdeckungen wurden in fünf Artikeln veröffentlicht Naturund ebnet den Weg für die endgültige Offenlegung der chemischen Signaturen des Lebens außerhalb des Sonnensystems.

Diese frühen Beobachtungen sind ein Vorbote einer noch erstaunlicheren Wissenschaft, die mit JWST kommen wird. sagt die Astrophysikerin Laura KreidbergDirektor des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Deutschland.

„Wir haben das Teleskop für Leistungstests auf Herz und Nieren geprüft, und es war fast fehlerfrei – sogar besser, als wir es uns erhofft hatten.“

Seit der Entdeckung der ersten Exoplaneten in den frühen 1990er Jahren haben wir versucht, mehr über diese Welten zu erfahren, die fremde Sterne umkreisen.

Aber die Herausforderungen waren groß. Exoplaneten können sehr klein und sehr weit entfernt sein. Die meisten von ihnen haben wir noch nie gesehen: Wir kennen ihre Existenz nur aufgrund ihres Einflusses auf ihre Gastgebersterne.

Ein solcher Effekt tritt auf, wenn ein Exoplanet zwischen uns und dem Stern vorbeizieht, ein Ereignis, das als Transit bezeichnet wird. Dadurch wird das Sternenlicht leicht gedimmt; Periodische Dimmereignisse zeigen das Vorhandensein eines Objekts im Orbit an. Wir können sogar die Größe dieses umkreisenden Objekts berechnen, basierend auf den Dimm- und Gravitationseffekten auf den Stern.

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Und noch etwas können wir anhand der Transferdaten sagen. Wenn Sternenlicht die Atmosphäre eines vorbeifliegenden Exoplaneten durchdringt, verändert es sich. Einige Wellenlängen im Spektrum sind dunkler oder heller, je nachdem, wie Moleküle in der Atmosphäre das Licht absorbieren und wieder abgeben.

Das Signal ist schwach, aber mit einem ausreichend starken Teleskop und einer Reihe von Transiten können die sich ändernden Absorptions- und Emissionseigenschaften im Spektrum entschlüsselt werden, um den atmosphärischen Inhalt eines Exoplaneten zu bestimmen.

JWST ist das leistungsstärkste Weltraumteleskop, das je gestartet wurde. Mit drei seiner vier Instrumente erhielt es detaillierte Infrarotspektren des Sterns WASP-39. Dann begannen die Wissenschaftler mit der Analyse der Farbcodes.

Zuerst war eine Liste von Partikeln in der Atmosphäre von WASP-39b. Zusätzlich zum oben genannten KohlendioxidDie Forscher entdeckten Wasserdampf, Natrium und Kohlenmonoxid. Es wurde kein Methan nachgewiesen, was bedeutet, dass die Metallizität von WASP-39b höher ist als die auf der Erde.

Es zeigt auch die Fülle dieser Elemente. Insbesondere das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff weist darauf hin, dass sich der Exoplanet weiter von seinem Mutterstern entfernt gebildet hat als von seiner derzeitigen nahen Position und eine Umlaufbahn von vier Tagen einnimmt. Und Modellierungs- und Beobachtungsdaten deuten darauf hin, dass der Himmel des Exoplaneten von gebrochenen Wolken bevölkert ist – nicht aus Wasser, sondern aus Silikaten und Sulfaten.

Schließlich zeigten die Beobachtungen das Vorhandensein einer Verbindung namens Schwefeldioxid. Hier im Sonnensystem, auf felsigen Welten wie Venus und Jovian Moon AyoSchwefeldioxid ist das Ergebnis vulkanischer Aktivität. Aber in den Gaswelten hat Schwefeldioxid eine andere Entstehungsgeschichte: Es entsteht, wenn Schwefelwasserstoff durch Licht in seine Bestandteile zerlegt und der entstehende Schwefel oxidiert wird.

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Die durch ein Photon verursachten chemischen Reaktionen werden als bezeichnet Photochemieund hat Auswirkungen auf die Bewohnbarkeit, die atmosphärische Stabilität und die Aerosolzusammensetzung.

Um es klar zu sagen, WASP-39b ist aus einer ganzen Reihe von Gründen wahrscheinlich nicht lebenslang bewohnbar, wie wir es kennen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf seine sengende Temperatur und gasförmige Zusammensetzung, aber die Entdeckung der Photochemie hat Auswirkungen auf Studien der Atmosphäre von andere Welten und das Verständnis der Entwicklung von WASP-39b selbst.

Planetenwissenschaftler bereiten sich seit Jahren darauf vor, Einblicke in die Atmosphären zu erhalten, die JWST liefern sollte. Mit der ersten detaillierten Analyse der Atmosphäre außerhalb des Sonnensystems sieht es so aus, als würde das Weltraumteleskop sein Versprechen einlösen.

Darüber hinaus bereiten die an dieser Forschung beteiligten Teams eine Dokumentation vor, damit andere Wissenschaftler ihre Techniken auf zukünftige JWST-Exoplanetenbeobachtungen anwenden können.

Wir können mit JWST möglicherweise nicht die Signaturen des Lebens in der Atmosphäre eines Exoplaneten erkennen – vielleicht wäre ein leistungsstärkeres Teleskop erforderlich, um dieses Maß an feinen Details wiederzugeben – aber mit der Analyse von WASP-39b fühlt sich diese Entdeckung noch aufregender an. .

Daten wie diese, sagt die Astronomin Natalie Batalha Von der University of California Santa Cruz, „A Game Changer“.

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