Planet mit höllischer Atmosphäre

  • 16. April 2015

VLT so gut wie Hubble – neue Perspektiven bei der Erforschung der Gashüllen von Exoplaneten.

Im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS haben Astronomen der Universitäten Genf und Bern ein präziseres Temperaturprofil der Atmosphäre eines Exoplaneten erstellt, als dies bisher möglich war. Sie benutzten dazu zwei verschiedene Methoden. Die erste stützt sich auf das Spektrometer HARPS, die zweite auf eine neuartige Technik zur Interpretation von Natrium-Spektrallinien. Aufgrund der beiden sich ergänzenden Analysen schließen die Astronomen, dass in der Atmosphäre des Exoplaneten HD189733b höllische Bedingungen herrschen.

Darstellung der Atmosphäre des Exoplaneten HD 189733b mit Berechnungen zu seiner Temperatur als Funktion der Höhe über Grund. (Bild: D. Ehrenreich, U. Genf / NASA / ESA)

Abb.: Darstellung der Atmosphäre des Exoplaneten HD 189733b mit Berechnungen zu seiner Temperatur als Funktion der Höhe über Grund. (Bild: D. Ehrenreich, U. Genf / NASA / ESA)

Es ist dreitausend Grad heiß, und die Höhenwinde erreichen Geschwindigkeiten von einigen Tausend Kilometern pro Stunde: Die Atmosphäre des Exoplaneten HD189733b ist stürmisch. Das zeigen die Werte, welche uns die Astronomen der Universitäten Genf und Bern im Rahmen des Nationalen Forschungsschwerpunkt PlanetS liefern. Die Resultate beruhen auf der Beobachtung der Spektrallinien von Natrium, das in der Atmosphäre dieses Exoplaneten enthalten ist. Aufgespürt wurde es vom Spektrometer HARPS, einem Instrument, das die Universität Genf seinerzeit entwickelt und an einem der Teleskope der Europäischen Südsternwarte in Chile installiert hat.

Gibt es in der Atmosphäre Natrium, so erzeugt es ein leicht messbares Signal. Seine Stärke variiert, wenn der Exoplanet bei einem Transit vor seinem Mutterstern vorbei zieht. Dieser Effekt wurde im Jahr 2000 vorhergesagt und zwei Jahre später mit Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops nachgewiesen. Er konnte jedoch bisher von der Erde aus nur mit großen Teleskopen mit 8- oder 10-Meter-Spiegeln beobachtet werden.

An der Universität Genf kamen die Astronomen auf die Idee, mit dem Spektrometer HARPS bereits durchgeführte Beobachtungen wieder zu verwenden, um die Natrium-Spektrallinien zu studieren. Aurélien Wyttenbach, Forscher an der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf, durchforstete den großen, über Jahre gesammelten Datensatz, und konnte so Schwankungen in den Natriumlinien während mehrerer Transite von HD189733b nachweisen.

Erstaunlicherweise ergaben die Daten von HARPS vom Boden aus ein mit dem Hubble-Weltraumteleskop vergleichbares Resultat punkto Empfindlichkeit, während die spektrale Auflösung noch weit besser war. Deshalb erhielten die Forscher eine präzisere Analyse als bisher, und dies trotz der relativ bescheidenen Größe des Teleskops.

Gleichzeitig entwickelte Kevin Heng, Professor an der Universität Bern, in einer anderen Studie eine neue Technik, um die Schwankungen der Natriumlinien zu interpretieren. Anstelle eines komplizierten Computermodells leitete er einen einfachen Formelsatz ab, um die Variationen in Temperaturwerte, Dichten und Drucke innerhalb der Atmosphäre zu übersetzen. Diese beiden Studien eröffnen den Weg zur Erforschung von Exoplaneten-Atmosphären mit Instrumenten, die einfacher zugänglich sind als Weltraum- oder Riesen-Teleskope.

U. Genf / OD

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