Astronomen aus den USA, Frankreich und Schottland haben dank Beobachtungen mit dem Hubble das Vorhandensein von Wasser in der Atmosphäre des Exoplaneten HAT-P-26b bestätigt. Darüber hinaus schätzten die Forscher den Anteil der Elemente, die schwerer als Wasserstoff sind, in der Gashülle des Planeten - es stellte sich heraus, dass er klein ist und außerhalb des zuvor entdeckten Musters liegt. Laut den Autoren ist die Atmosphäre von HAT-P-26b seit dem Ursprung des Planeten höchstwahrscheinlich praktisch unverändert geblieben. Die Forschung wird in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
Die überwiegende Mehrheit der bekannten Exoplaneten wurde auf zwei Arten entdeckt: durch die Transitmethode (wenn der Planet den Stern leicht verdunkelt, indem er zwischen ihm und dem terrestrischen Beobachter hindurchgeht) oder durch die Analyse von Doppler-Verschiebungen (wenn die Schwerkraft des Planeten den Stern leicht hin und her "wackeln" lässt). Mit ihrer Hilfe können Sie einige Parameter der Umlaufbahn des Planeten bestimmen und seine Größe oder Masse einschränken. Es ist jedoch unmöglich herauszufinden, woraus dieser oder jener Exoplanet besteht, Doppler-Methoden zu verwenden.
Transite des Planeten ermöglichen es Ihnen, seine Gashülle zu erkunden, wenn sie groß genug ist. In dem Moment, in dem sich der Planet vor der Scheibe des Sterns zu bewegen beginnt, tritt ein Teil des Lichts des letzteren durch seine gasförmige Hülle. Je nachdem, aus welchen Gasen die Atmosphäre besteht, werden einige Teile des Sternspektrums absorbiert. Beispielsweise haben Wasser und Kohlendioxid charakteristische Absorptionsbanden - sie liegen im Infrarotbereich des Spektrums. Durch den Vergleich des Spektrums eines Sterns während und vor dem Transit können Astronomen genau bestimmen, in welchen Spektralbereichen die Atmosphäre des Exoplaneten absorbiert, und Vorhersagen über seine Zusammensetzung treffen.
Zum ersten Mal wurden 2015 Wasserspuren in HAT-P-26b aufgezeichnet - unter Verwendung der kombinierten Daten des Spitzer-Teleskops und bodengestützter Beobachtungen. Dieser Exoplanet befindet sich etwa 430 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist ein "heißer Neptun", dessen Gleichgewichtstemperatur auf seiner Oberfläche etwa 1000 Kelvin (730 Grad Celsius) beträgt. Aufgrund der geringen Erdbeschleunigung kann ein Himmelskörper eine dichte und hohe Atmosphäre haben. Der Planet umkreist den Stern des Systems - einen orangefarbenen Zwerg - in etwa 4,2 Tagen.
Hannah R. Wakeford et al. / Wissenschaft, 2017
In der neuen Arbeit erweiterten die Autoren das Beobachtungsspektrum des Exoplaneten und verwendeten das Hubble-Weltraumteleskop, um Transite im sichtbaren und nahen Infrarotbereich zu beobachten. Dies ermöglichte es, zusätzliche Absorptionsbanden zu erkennen, die zuverlässig auf das Vorhandensein von Wasser in der Atmosphäre des Planeten hinwiesen. Es sollte beachtet werden, dass HAT-P-26b aufgrund der zu hohen Temperatur des Planeten nicht als Wasserwelt bezeichnet werden kann.
Neben der Beobachtung von Wasser in der Atmosphäre konnten Astronomen die Metallizität der Hülle des Gasriesen abschätzen. Dies ist der relative Anteil von Elementen, die schwerer als Helium sind, an der Zusammensetzung des Objekts. Basierend auf Beobachtungen im Sonnensystem und in einer Reihe von Exoplaneten (WASP-43b und HAT-P-11b) haben Astronomen ein Muster festgestellt - mit zunehmender Planetengröße nimmt die Metallizität ab. Mit anderen Worten, der Anteil schwerer Elemente im Jupiter ist viel geringer als in Uranus oder Neptun. Diese Beobachtung wurde zur Grundlage für einige Hypothesen über die Entwicklung der Planeten. HAT-P-26b verlässt dieses Muster: Mit Größen, die mit Neptun vergleichbar sind, entspricht seine Metallizität in etwa der von Jupiter.
Laut Astronomen können die Unterschiede zwischen HAT-P-26b und anderen Planeten mit bekannter Metallizität und Masse dazu führen, dass sich der Prozess seiner Entwicklung aus irgendeinem Grund von dem allgemein akzeptierten unterscheidet. Die Autoren weisen darauf hin, dass die Gashülle von HAT-P-26b höchstwahrscheinlich dieselbe ist wie in den ersten Perioden der Existenz des Exoplaneten. Darüber hinaus kollidierte der Exoplanet wahrscheinlich nicht mit anderen Planetesimalen, und die meisten seiner schweren Elemente sind im Kern konzentriert.
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Die Autoren stellen fest, dass dies eine einzigartige Situation ist, wenn ein Exoplanet so detailliert untersucht wurde. Ein solches Ergebnis ist an sich schon eine wichtige Leistung.
Vladimir Korolev