CHEOPS entdeckt einen ’Regenbogen’ auf einem Exoplaneten

Neue Beobachtungen des Weltraumteleskops deuten auf die Existenz einer "Glorie" in der Atmosphäre von WASP-76b hin, ein regenbogenähnliches Lichtphänomen.

Das Weltraumteleskop CHEOPS, dessen wissenschaftliches Operationszentrum an der Universität Genf angesiedelt ist, liefert neue Informationen über den mysteriösen Exoplaneten WASP-76b. Dieser ultraheiße Riese zeichnet sich durch eine Asymmetrie zwischen der Lichtmenge, die auf seinem Ostterminator - der fiktiven Linie, die seine Nachtseite von seiner Tagseite trennt - beobachtet wird, und der Lichtmenge, die auf seinem Westterminator beobachtet wird, aus. Diese Besonderheit soll auf eine "Glorie" zurückzuführen sein, ein regenbogenähnliches Lichtphänomen, das auftritt, wenn das Licht des Sterns - der "Sonne", um die der Exoplanet kreist - von Wolken reflektiert wird, die aus einer vollkommen gleichmäßigen Substanz bestehen. Sollte sich diese Hypothese bestätigen, wäre dies der erste Nachweis dieses Phänomens außerhalb unseres Sonnensystems. Die Arbeit, die in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Universität Bern (UNIBE) durchgeführt wurde, ist in Astronomy & Astrophysics zu finden.

WASP-76b ist ein ultraheißer Riesenplanet. Er umkreist seinen Gaststern zwölfmal näher als Merkur unsere Sonne und empfängt mehr als das 4000-fache der Strahlung der Sonne auf die Erde. Der Exoplanet wird durch die intensive Strahlung seines Sterns ’aufgebläht’. So ist er, obwohl er 10% weniger Masse hat als unser Cousin Jupiter, fast doppelt so groß wie dieser’, erklärt Monika Lendl, Assistenzprofessorin am Departement für Astronomie der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Mitautorin der Studie.

Elemente, die auf der Erde Gesteine bilden würden, schmelzen dort und verdampfen, wodurch Wolken entstehen, die als Eisenregen herabtropfen.

Seit seiner Entdeckung im Jahr 2013 wurde WASP-76b von den Astronomen genauestens unter die Lupe genommen. Dabei entstand ein seltsam höllisches Bild. Eine Seite des Planeten ist stets seinem Stern zugewandt und erreicht dabei Temperaturen von 2400 Grad Celsius. Elemente, die auf der Erde Gesteine bilden würden, schmelzen und verdampfen dort, bevor sie auf der etwas kühleren Nachtseite kondensieren und Eisenwolken erzeugen, die als Eisenregen herabtropfen.

Der entscheidende Beitrag von CHEOPS

Eine der beunruhigendsten Beobachtungen für Astronomen ist die Asymmetrie zwischen den beiden Terminatoren des Planeten. Der Terminator ist die imaginäre Linie, die die Tag- und die Nachtseite eines Planeten voneinander trennt. Im Fall von WASP-76b zeigen die Beobachtungen, dass der Terminator im Osten des Planeten mehr Licht abgibt als im Westen.

Um dieses Rätsel zu lösen, verwendeten die Astronomen nicht weniger als 23 Beobachtungen mit dem CHEOPS-Weltraumteleskop, die sich über drei Jahre verteilten. Der ESA-Satellit, der von der Schweiz gesteuert wird und dessen wissenschaftliches Operationszentrum sich am Departement für Astronomie der Universität Genf befindet, beobachtete zahlreiche sekundäre Verfinsterungen des Planeten (wenn er hinter seinen Stern tritt) und mehrere Phasenkurven (kontinuierliche Beobachtung während eines kompletten Umlaufs des Planeten).

Durch die Kombination dieser neuen Daten mit denen anderer Teleskope (TESS, Hubble und Spitzer) konnten die Astronomen eine überraschende Hypothese aufstellen, um den erhöhten Lichtstrom auf der Ostseite des Planeten zu erklären: Olivier Demangeon, Forscher am Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço in Portugal und Erstautor der Studie, erklärt: "Das unerwartete Leuchten könnte durch eine starke, lokal begrenzte und anisotrope - also richtungsabhängige - Reflexion verursacht werden, die wir als ’Glorie’ bezeichnen.

Eine Premiere außerhalb unseres Sonnensystems

Glorien sind ein häufiges Phänomen auf der Erde. Sie wurden auch auf der Venus beobachtet. Der regenbogenähnliche Effekt tritt auf, wenn das Licht von Wolken reflektiert wird, die aus einer völlig gleichmäßigen Substanz bestehen. Im Fall der Erde besteht die Wolke aus Wassertröpfchen, aber bei WASP-76b bleibt das Rätsel bestehen. Es könnte sich um Eisen handeln, da dieses bereits in der extrem heißen Atmosphäre des Planeten nachgewiesen wurde. Der Nachweis dieses Phänomens auf WASP-76b ist der erste seiner Art außerhalb unseres Sonnensystems.

Die Entdeckung solch winziger Phänomene
in einer so großen Entfernung wird es den Wissenschaftlern ermöglichen
andere, ebenso entscheidende Phänomene zu identifizieren.

’Dass bisher noch keine Glorie außerhalb unseres Sonnensystems beobachtet wurde, liegt daran, dass dieses Phänomen sehr spezielle Bedingungen erfordert. Zunächst einmal müssen die atmosphärischen Partikel nahezu perfekt kugelförmig, völlig gleichförmig und stabil genug sein, um über einen längeren Zeitraum beobachtet werden zu können. Der Nachbarstern des Planeten muss direkt auf ihn scheinen, und der Beobachter oder die Beobachterin - hier CHEOPS - muss sich in der richtigen Position befinden’, erklärt Olivier Demangeon.

Ergebnisse müssen bestätigt werden

Weitere Daten werden nötig sein, um mit Sicherheit zu bestätigen, dass es sich bei dem faszinierenden Lichtüberschuss am Ostterminator von WASP-76b um eine Glorie handelt. Eine solche Bestätigung würde das Vorhandensein von Wolken aus perfekt kugelförmigen Tröpfchen belegen, die seit mindestens drei Jahren existieren oder sich ständig erneuern. Damit solche Wolken bestehen bleiben, müsste auch die Temperatur der Atmosphäre im Laufe der Zeit stabil sein - ein faszinierender und detaillierter Einblick in das, was auf WASP-76b passieren könnte.

Wenn Wissenschaftler und Ingenieure so winzige Phänomene in so großer Entfernung entdecken, können sie andere, ebenso wichtige Phänomene identifizieren. Zum Beispiel die Reflexion von Sternenlicht an flüssigen Seen und Ozeanen - eine Voraussetzung für die Bewohnbarkeit.

5. Apr. 2024