Einer der uns am nächsten liegenden Exoplaneten in der Konstellation des Krebses, der erstmals 2004 entdeckt wurde, wurde kürzlich zum Mittelpunkt der Weltraumteleskope Hubble, Spitzer und der größten bodengestützten Observatorien. Dank neuer astronomischer Instrumente und Datenanalysealgorithmen war es nun möglich, das Vorhandensein und die Zusammensetzung seiner Atmosphäre zu bestimmen. Für Exoplaneten der "Super-Erde" -Klasse wurden solche Arbeiten zum ersten Mal durchgeführt.
Der Doppelstern 55 Krebs hat lange Aufmerksamkeit erregt. Es ist mit bloßem Auge am Himmel sichtbar, da es nur 40,9 Lichtjahre von uns entfernt ist und eine Sonnenhelligkeit von 0,6 Sonnen hat. Der Hauptstern in diesem System gehört zum gleichen Hauptspektraltyp (GxV) wie die Sonne. Seine Masse ist auch nahe an der der Sonne, und mindestens fünf Planeten drehen sich um sie. Jeder von ihnen wurde durch Doppler-Spektroskopie nachgewiesen. Dann wurde die Entdeckung von Exoplaneten mit Hilfe von Beobachtungen bestätigt, die an den umlaufenden und größten bodengestützten Observatorien durchgeführt wurden.
Unter allen Exoplaneten, die in einem sonnenähnlichen Stern entdeckt wurden, wird die größte Aufmerksamkeit der Astronomen jetzt von 55 Cancer e. Es ist eine Supererde mit einem hohen Kohlenstoffgehalt. Mit einer Masse von 8,37 Erden und einem Radius von 2,17 mal dem der Erde müssen im Darm Bedingungen für die intensive Bildung von Diamanten geschaffen werden. Nach primären Schätzungen übersteigt ihr Gesamtvolumen die Größe der Erde. Zusätzliches Interesse am Exoplaneten war auf die Tatsache zurückzuführen, dass mathematische Modelle das Vorhandensein einer dichten Atmosphäre mit einer hohen Wahrscheinlichkeit des Wasserdampfgehalts vorhersagten.
Das Hubble-Weltraumteleskop (Bild: nasa.gov).
Lange Zeit versuchten sie, diese Daten zu bestätigen oder zu leugnen, indem sie die Parameter des Planeten, seine mögliche Zusammensetzung und Herkunft spezifizierten. Seit 2014 wird dafür das fortschrittlichste Instrument des Hubble-Weltraumteleskops, die WFC3-Kamera, verwendet. Beobachtungen im sichtbaren und nahen Infrarotlicht ermöglichten es jedoch, nur regelmäßige Transite eines Exoplaneten vor dem Hintergrund des Elternsterns zu bestimmen, ohne neue Informationen zu liefern.
Den Forschern half die erfolgreiche Lokalisierung des Exoplaneten 55 Cancer e. Da es seinem Stern 64-mal näher ist als die Erde der Sonne, dauert es nur 18 Stunden pro Jahr und die Oberfläche erwärmt sich auf 2000 K. Aufgrund der starken Erwärmung leuchtet es im mittleren Infrarotbereich. Die für Planeten seltene Infrarot-Leuchtkraft ermöglicht es, sie nicht nur anhand von Beobachtungen im optischen Bereich, sondern auch mit dem Apparat des Spitzer-Umlaufteleskops zu untersuchen.
Das Spitzer-Weltraumteleskop (Bild: NASA / JPL-Caltech).
Die kombinierten Daten, die von den Hubble- und Spitzer-Weltraumteleskopen und bodengestützten Observatorien gesammelt wurden, haben es Forschern am University College London ermöglicht, die Zusammensetzung der Gashülle des Exoplaneten zu beurteilen. Methoden der Spektralanalyse der chemischen Zusammensetzung werden häufig verwendet, um die Sterne und die Atmosphäre der Planeten des Sonnensystems zu untersuchen, aber für eine entfernte Supererde erwiesen sie sich zum ersten Mal als ebenso informativ.
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In der Atmosphäre des Exoplaneten 55 Cancer wurden große Mengen an Wasserstoff und Helium gefunden. Wahrscheinlich hat sie diese Lichtelemente schon früh während der Entstehung der lokalen Sonne aus einer Wolke ionisierten Gases eingefangen. Trotz aller Erwartungen und vorläufigen Berechnungen wurde Wasserdampf in der Atmosphäre des Exoplaneten selbst in Spurenmengen noch nicht nachgewiesen.
Aufgrund der intensiven Erwärmung durch den Stern 55 Krebs A schmilzt die Kruste der Supererde tagsüber ständig und hat kaum Zeit, sich über Nacht abzukühlen. Bei aufsteigenden Wärmeströmen gelangen Kohlenstoffpartikel und ihre meist anorganischen Verbindungen ständig in die Atmosphäre. Bei verschiedenen Reaktionen entstehen hauptsächlich Oxide, Cyanwasserstoff (Cyanwasserstoffdampf) und Acetylen. Das Vorherrschen von Kohlenmonoxid gegenüber Kohlendioxid weist auf ein hohes Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff hin. „Das Vorhandensein von Cyanwasserstoff und anderen Molekülen, die wir entdeckt haben, könnte in einigen Jahren von Infrarot-Teleskopen der nächsten Generation bestätigt werden. In diesem Fall erhalten wir neue Beweise dafür, dass dieser Planet extrem kohlenstoffreich und im Allgemeinen sehr ungewöhnlich ist “, kommentierte einer der Autoren der Studie, Jonathan Tennyson (Jonathan Tennyson).
Andrey Vasilkov