Espresso entdeckt Barium in der Atmosphäre eines Exoplaneten

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Der von der Universität Genf entwickelte Spektrograph hat das schwerste Element nachgewiesen, das je in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb des Sonnensystems gefunden wurde.

Espresso entdeckt Barium in der Atmosphäre eines Exoplaneten

Ein internationales Team von Forschern der Universität Genf (UNIGE) und des Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS hat das schwerste Element nachgewiesen, das je in der Atmosphäre eines Exoplaneten gefunden wurde: Barium. Möglich wurde dies dank ESPRESSO, einem Spektrographen, der zum Großteil von der UNIGE entwickelt wurde und am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO VLT) installiert ist. Die Wissenschaftler waren überrascht, ein solches Element in großer Höhe in der Atmosphäre der ultrawarmen Gasriesen WASP-76 b und WASP-121 b zu entdecken, da ihre starke Schwerkraft das Element theoretisch in die tieferen Atmosphärenschichten ziehen sollte. Die Studie, die in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde, wirft Fragen über die Natur dieser exotischen Atmosphären auf.


"Diese Entdeckung ist ein weiterer Beweis für die Leistungsfähigkeit des Genfer Know-hows im Bereich der hochpräzisen Spektroskopie", kommentiert Francesco Pepe, ordentlicher Professor am Departement für Astronomie der UNIGE, Co-Autor der Forschungsarbeit und Hauptinitiator des ESPRESSO-Instruments. "Dieses Instrument ermöglicht es uns, neue Exoplaneten mit Hilfe der Radialgeschwindigkeitsmethode präzise aufzuspüren, aber auch die Zusammensetzung der Exoplanetenatmosphäre genau zu charakterisieren, wie diese Studie belegt".


WASP-76 b und WASP-121 b sind keine gewöhnlichen Exoplaneten. Sie sind beide als ultraheiße Jupiter bekannt, da ihre Größe mit der des Jupiters vergleichbar ist, ihre Oberflächentemperatur jedoch mit über 1000 °C extrem hoch ist. Der Grund dafür ist die Nähe dieser Planeten zu ihrem Wirtsstern. Ihre Umlaufbahn um den Planeten dauert nur ein bis zwei Tage, was ihnen einige recht exotische Eigenschaften verleiht; auf WASP-76 b beispielsweise vermuten Astronomen, dass es Eisen regnet.


Eine unerwartete Entdeckung

"Es handelt sich gewissermaßen um eine "zufällige" Entdeckung", sagt Tomás Azevedo Silva, Doktorand an der Universität Porto und am Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) in Portugal, der die Studie leitete. Wir hatten kein bestimmtes Barium erwartet oder gesucht und mussten durch Gegenproben überprüfen, ob es tatsächlich von dem Planeten stammt, da das Vorhandensein dieses Metalls noch nie zuvor auf einem Exoplaneten identifiziert worden war."


So waren die Wissenschaftler überrascht, Barium - das 2,5 Mal schwerer als Eisen ist - in den oberen Schichten der Atmosphäre von WASP-76 b und WASP-121 b zu finden. "Die starke Schwerkraft auf diesen Planeten sollte diese schweren Elemente tatsächlich in ihre tieferen Schichten fallen lassen", erklärt David Ehrenreich, außerordentlicher Professor an der Abteilung für Astronomie der UNIGE und Co-Autor der Studie. "Es muss also einen physikalischen Mechanismus geben, den wir nicht kennen und der das Barium in die oberen Schichten der Atmosphäre dieser heißen Jupiter bringt".


Die Tatsache, dass in deren Atmosphäre Barium nachgewiesen wurde, deutet darauf hin, dass diese Kategorie von Planeten noch seltsamer sein könnte als bisher angenommen. Die Frage für die Wissenschaftler ist nun, welchen natürlichen Prozess es gibt, der das Vorhandensein dieses schweren Elements in so großen Höhen auf diesen Exoplaneten verursachen könnte.


Modernste Werkzeuge

Um die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Exoplaneten zu bestimmen, bedarf es einer sehr speziellen Ausrüstung. Das Forschungsteam nutzte das Instrument ESPRESSO am Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile, um das Sternenlicht zu analysieren, das von den Atmosphären von WASP-76 b und WASP-121 b gefiltert wurde. Dadurch konnten mehrere Elemente, darunter auch Barium, eindeutig nachgewiesen werden.


Diese neuen Ergebnisse zeigen, dass die Forscher/innen nur an der Oberfläche der Geheimnisse der Exoplaneten gekratzt haben. Mit zukünftigen Instrumenten wie dem hochdispersiven Spektrografen ArmazoNes (ANDES), der am nächsten Extremely Large Telescope (ELT) der ESO betrieben wird, können Astronomen der UNIGE, von PlanetS und der ganzen Welt die Atmosphären von großen und kleinen Exoplaneten untersuchen. Diese Instrumente werden es auch ermöglichen, die Atmosphären von erdähnlichen Gesteinsplaneten viel genauer zu analysieren und mehr Hinweise auf die Natur dieser seltsamen Welten zu sammeln.