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Hitzewellen auf der Erde mögen für manche unangenehm und sogar gefährlich sein, aber unser Planet hat nichts mit der extrem heißen Welt von WASP-76 zu tun.
Astronomen haben einen Exoplaneten genauer unter die Lupe genommen, auf dem die Temperaturen auf rund 2.400 Grad Celsius ansteigen – heiß genug, um Eisen zu verdampfen. Dabei identifizierte das Team 11 chemische Elemente in der Atmosphäre des Planeten und maß deren Häufigkeit.
Bemerkenswert ist, dass einige der auf diesem fernen Planeten entdeckten gesteinsbildenden Elemente in den Gasriesen des Sonnensystems Saturn und Jupiter noch nicht gemessen wurden.
„Es gibt nur sehr wenige Fälle, in denen uns ein Hunderte Lichtjahre entfernter Exoplanet etwas über unser eigenes Sonnensystem beibringen kann, das wir wahrscheinlich nicht wissen können“, sagte Teamleiter und Universität Montreal Trottier-Institut für Exoplanetenforschung Ph.D. Stephen Pelletier sagte er in einer Erklärung. „Das ist bei dieser Studie der Fall.“
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Der seltsame Planet WASP-76 b liegt etwa 634 Lichtjahre entfernt im Sternbild Fische und erhält seine unglaublichen Temperaturen durch seine unmittelbare Nähe zu seinem Mutterstern. Der Exoplanet wird als „überhitzter Jupiter“ klassifiziert, ein massereicher Planet, der sich unglaublich nahe an seinem Stern befindet. Er ist etwa ein Dutzend Mal so weit von seinem Stern, WASP-76, vom Merkur bis zur Sonne entfernt.
Dies verleiht WASP-76 b, das 1,8 Erdentage braucht, um seinen Stern zu umkreisen, einige andere ungewöhnliche Eigenschaften. Obwohl der Planet etwa 85 % der Masse des Jupiter enthält, ist er etwa doppelt so breit wie der Gasriese des Sonnensystems und etwa sechsmal so groß. Dies ist das Ergebnis der intensiven Strahlung seines Sterns, die den Planeten „aufbläht“.
WASP-76 b war Gegenstand intensiver Untersuchungen, seit es als Teil von entdeckt wurde Wide Angle Search for Planets Program (WASP) im Jahr 2013. Dies hat zur Klassifizierung mehrerer Elemente in seiner Atmosphäre geführt. Am bemerkenswertesten war die Entdeckung aus dem Jahr 2020, dass Eisen auf der Seite des Planeten, die von den Gezeiten blockiert ist und ständig den Bewegungen seines Sterns zugewandt ist, auf der relativ kühleren „Nachtseite“, die immer dem Weltraum zugewandt ist, verdampft und kondensiert und als Eisenregen fällt.
Angeregt durch diese früheren Untersuchungen von WASP-76 b war Pelletier dazu inspiriert, neue Beobachtungen von WASP-76 b mit dem hochauflösenden optischen Spektrometer MAROON-X am 8-Meter-Teleskop Gemini North auf Hawaii, einem Teil des International Gemini, zu erhalten Observatorium. Dies ermöglichte es dem Team, die Entstehung des überhitzten Jupiters in beispielloser Detailtiefe zu untersuchen.
Aufgrund der beeindruckenden Temperaturen von WASP-76 b verdampfen Elemente, die normalerweise Gesteine auf terrestrischen Planeten wie der Erde wären, wie Magnesium und Eisen, und verdampfen als Gase in die obere Atmosphäre des Planeten.
Das bedeutet, dass die Erforschung dieser Welt den Astronomen einen beispiellosen Einblick in das Vorhandensein und die Häufigkeit gesteinsbildender Elemente in der Atmosphäre von Riesenplaneten verschaffen könnte. Für kühlere Riesenplaneten wie Jupiter ist dies nicht möglich, da diese Elemente tief in der Atmosphäre vorkommen und daher nicht erkennbar sind.
Bei ihrer Suche nach WASP-76 b entdeckten Pelletier und seine Kollegen, dass die Häufigkeit von Elementen wie Mangan, Chrom, Magnesium, Vanadium, Barium und Kalzium nicht nur der Häufigkeit dieser Elemente in ihrem jeweiligen Stern, sondern auch deren Mengen sehr nahe kommt . In der Sonne gefunden.
Die sichtbare Anfangshäufigkeit ist nicht zufällig. Es ist das Ergebnis der Verarbeitung von Wasserstoff und Helium durch aufeinanderfolgende Sternengenerationen über Milliarden von Jahren. Der Stern erzeugt schwerere Elemente, bis ihm der Brennstoff für die Kernfusion erschöpft ist und er in einer Supernova-Explosion stirbt. Durch diese Explosion werden diese Elemente in das Universum freigesetzt und sie werden zu Bausteinen für nachfolgende Sterne. Das verbleibende Material umgibt diese jungen Sterne als protoplanetare Scheiben, aus denen, wie der Name schon sagt, Planeten entstehen können. Das bedeutet, dass Sterne ähnlichen Alters eine ähnliche Zusammensetzung und die gleiche Häufigkeit an Elementen haben, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind und die Astronomen „Metalle“ nennen.
Da terrestrische Planeten wie unserer durch komplexere Prozesse entstehen, weisen sie eine andere Häufigkeit schwerer Elemente auf als ihre Sterne. Die Tatsache, dass diese neue Studie zeigt, dass WASP-76 b eine ähnliche Zusammensetzung wie sein Stern hat, bedeutet, dass seine Zusammensetzung auch der protoplanetaren Materiescheibe ähnelt, die bei seiner Geburt kollabierte. Und das gilt möglicherweise für alle Riesenplaneten.
Allerdings waren nicht alle Erkenntnisse über die Entstehung von WASP-76 b so vorhersehbar. Das Team entdeckte, dass einige Elemente in der Atmosphäre von Wasp-76 b „erschöpft“ zu sein schienen.
„Diese Elemente, die in der Atmosphäre von WASP-76 b zu fehlen scheinen, sind genau diejenigen, deren Verdampfung höhere Temperaturen erfordert, wie etwa Titan und Aluminium“, sagte Pelletier. „Inzwischen verdampfen diejenigen, die unseren Erwartungen entsprachen, wie Mangan, Vanadium und Kalzium, alle bei etwas niedrigeren Temperaturen.“
Das Team interpretierte diese Erschöpfung als Hinweis darauf, dass die Zusammensetzung der oberen Atmosphäre des Gasriesen temperaturempfindlich ist. Abhängig von der Temperatur, bei der ein Element kondensiert, liegt es als Gas in der oberen Atmosphäre vor oder geht verloren, wenn es zu einer Flüssigkeit kondensiert und in die unteren Schichten absinkt. Aus dem unteren Teil der Atmosphäre kann das Element kein Licht absorbieren, weshalb sein „Fingerabdruck“ in den Beobachtungen fehlt.
„Wenn diese Entdeckung bestätigt wird, bedeutet dies, dass zwei riesige Exoplaneten, die sehr unterschiedliche Temperaturen voneinander haben, zwei völlig unterschiedliche Atmosphären haben könnten“, erklärte Pelletier. „Eine Art Schüssel mit Wasser, eine bei -1°C gefroren, die andere flüssig bei +1°C. Beispielsweise wurde Kalzium auf WASP-76 b beobachtet, aber auf einem etwas kühleren Planeten läuft es möglicherweise nicht.“
Das Team machte eine weitere wichtige Entdeckung über die Atmosphäre von WASP-76 b; Es enthält eine chemische Verbindung namens Vanadiumoxid. Dies ist das erste Mal, dass diese Verbindung in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb des Sonnensystems gesehen wurde. Diese Entdeckung wird für Astronomen von großem Interesse sein, da Vanadiumoxid erhebliche Auswirkungen auf heiße Riesenplaneten haben kann.
„Dieses Molekül spielt eine ähnliche Rolle wie Ozon in der Erdatmosphäre: Es ist sehr effektiv bei der Erwärmung der oberen Atmosphäre“, erklärte Pelletier. „Dies führt dazu, dass die Temperaturen mit der Höhe ansteigen und nicht sinken, wie es auf kühleren Planeten üblich ist.“
Das Team fand außerdem eine höhere Häufigkeit von Nickel als erwartet um WASP-76 b herum, was bedeuten könnte, dass der Gasriesenplanet irgendwann in seiner Geschichte eine kleinere, merkurähnliche Erdwelt verschluckte, die reich an diesem Element war.
Die Astronomen, die hinter diesen Entdeckungen stehen, werden diesen Exoplaneten und andere ähnliche Welten weiterhin untersuchen und versuchen herauszufinden, wie sich Temperaturen auf die Zusammensetzung ihrer Atmosphären auswirken. Dabei hofft das Team, dass einige der gewonnenen Erkenntnisse auf die näher gelegenen Riesenplaneten angewendet werden können.
Die Forschung wird in einem Forschungspapier beschrieben, das am Mittwoch (14. Juni) in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur.
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