Flammenhölle mit Titan-Himmel

  • 15. September 2017

Erstmalig Titanoxid in der Atmosphäre eines Exo­planeten nach­ge­wiesen.

Ein internationales Astronomenteam hat die Atmosphäre des Exoplaneten WASP-19b genauer als je zuvor unter­sucht. Der außer­gewöhn­liche Planet hat unge­fähr die­selbe Masse wie der Jupiter, befindet sich aber so nah an seinem Zentral­stern, dass er ihn in nur 19 Stunden umrundet. Die Tempe­ratur in seiner Atmo­sphäre wird auf unge­fähr zwei­tausend Grad Celsius geschätzt.

WASP-19b

Abb.: Künstlerische Darstellung des Exo­planeten WASP-19b. (Bild: M. Korn­messer, ESO)

Wenn WASP-19b von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorbeizieht, geht ein Teil des Sternen­lichts durch die Atmo­sphäre des Planeten hindurch und hinter­lässt Absorp­tions­linien im Licht, das schließ­lich die Erde erreicht. Unter Zuhilfe­nahme des FORS2-Instru­ments am Very Large Tele­scope der Europä­ischen Süd­stern­warte ESO konnte das Team dieses Licht sorg­fältig analy­sieren und daraus ab­leiten, dass die Atmo­sphäre neben einer planeten­um­fas­senden und stark streu­enden Dunst­schicht auch kleine Mengen an Titan­oxid, Wasser und Spuren von Natrium enthält.

„Der Nachweis solcher Moleküle ist nicht ganz einfach“, erklärt Team-Mitglied Elyar Sedaghati von der ESO. „Wir brauchen nicht nur Daten von außer­ge­wöhn­licher Qualität, sondern wir müssen auch eine anspruchs­volle Analyse durch­führen. Dafür haben wir einen Algo­rithmus ver­wendet, der viele Milli­onen Modell­spektren abgleicht, die eine breite Palette von chemischen Zusam­men­setzungen, Tempera­turen und Wolken- oder Dunst-Eigen­schaften um­fassen, so dass wir daraus Schluss­folge­rungen ziehen können.“

Titanoxid kommt auf der Erde selten vor. Es ist bekannt, dass es in den Atmo­sphären kühler Sterne exis­tiert. In den Atmo­sphären heißer Planeten wie WASP-19b wirkt es als Wärme­absorber. Wenn diese Moleküle in aus­reichen­den Mengen vor­handen sind, ver­hindern sie, dass Wärme in die Atmo­sphäre ein­dringt oder ent­weicht, was zu einer ther­mischen Inver­sion führt — die Tempe­ratur ist in der oberen Atmo­sphäre höher und sinkt weiter nach unten, also genau anders herum als es normaler­weise der Fall ist. „Das Vor­kommen von Titan­oxid in der Atmo­sphäre von WASP-19b kann erheb­liche Aus­wir­kungen auf die atmo­sphä­rische Tempe­ratur­struktur und die Zirku­lation haben“, erklärt Ryan MacDonald, Team­mitglied und Astronom an der Univer­sity of Cambridge in Groß­britannien.

Die Astronomen sammelten Beobachtungsdaten von WASP-19b über einen Zeit­raum von mehr als einem Jahr. Durch Messung der rela­tiven Verän­de­rungen des Radius des Planeten bei verschie­denen Wellen­längen des Lichts, das durch die Atmo­sphäre des Exo­planeten hin­durch­ge­gangen ist, und den Ver­gleich der Beob­ach­tungen mit atmo­sphä­rischen Modellen konnten die Forscher ver­schie­dene Eigen­schaften der Atmo­sphäre des Exo­planeten extra­polieren, wie zum Beispiel die chemische Zusammen­setzung. Dieses neue Wissen über das Vor­kommen von Metall­oxiden wie Titan­oxid und anderen Substanzen ermög­licht eine viel bessere Model­lie­rung der Atmo­sphären von Exo­planeten.

ESO / RK

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