NASA entdeckt, dass Planet 55 Cancri-e eine Atmosphäre hat

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NASA-Wissenschaftler haben möglicherweise Hinweise auf atmosphärische Gase in der Umgebung entdeckt 55 Cancri eein heißer, felsiger Exoplanet, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, der etwa 41 Lichtjahre entfernt im Sternbild Krebs liegt.

Diese mit dem James Webb Space Telescope (JWST) gemachte Entdeckung stellt einen bedeutenden Sprung in der Erforschung von Exoplaneten dar und liefert den bislang stärksten Hinweis auf die Existenz einer Atmosphäre um einen Gesteinsplaneten außerhalb unseres Sonnensystems.

Der leitende Forscher Renyu Hu vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena, Kalifornien, betont die Bedeutung dieser Entdeckung und erklärt, dass Webb die Grenzen der Charakterisierung von Exoplaneten erweitert, insbesondere wenn es um Gesteinsplaneten geht. Die Forschung, detailliert in einem Artikel veröffentlicht in Naturunterstreicht die einzigartige Wissenschaft, die das Webb-Teleskop ermöglicht.

Eine 7,5 bis 11,8 Mikrometer große Lichtkurve, die im März 2023 vom MIRI-Instrument (Mid-Infrared Instrument) des James Webb-Weltraumteleskops der NASA aufgenommen wurde, zeigt die Abnahme der Helligkeit des 55 Cancri-Systems, während sich der Gesteinsplanet 55 Cancri e hinter den Stern bewegt. ein Phänomen, das als sekundäre Sonnenfinsternis bekannt ist. Die Menge des vom Planeten emittierten mittleren Infrarotlichts (der Helligkeitsunterschied zwischen Stern und Planet zusammen und dem Stern allein) zeigt, dass die Tagestemperatur des Planeten etwa 2.800 Grad Fahrenheit beträgt. Diese im Vergleich zu einem ähnlichen Planeten ohne Atmosphäre niedrige Temperatur deutet darauf hin, dass die Wärme von der Tag- zur Nachtseite des Planeten verteilt wird, möglicherweise durch eine Atmosphäre, die reich an flüchtigen Stoffen ist. Bildnachweis: Joseph Olmsted (STScI) / NASA, ESA, CSA

55 Cancri e, auch Janssen genannt, ist einer von fünf Planeten, die den Stern 55 Cancri umkreisen. Mit einem Durchmesser, der fast doppelt so groß ist wie der der Erde, und einer etwas höheren Dichte wird er als Supererde kategorisiert – größer als die Erde, aber kleiner als Neptun, mit einer Zusammensetzung, die wahrscheinlich der von Gesteinsplaneten in unserem Sonnensystem ähnelt.

Seine Nähe zu seinem Stern – nur 2,3 Millionen Kilometer entfernt, etwa ein 25tel der Entfernung zwischen Merkur und der Sonne – lässt jedoch darauf schließen, dass seine Oberfläche ein brodelnder Ozean aus Magma sein könnte, der möglicherweise durch Gezeiten mit einer permanent beleuchteten Tagseite und einer ewigen Seite verbunden ist dunkle Nachtseite.

Trotz seiner Entdeckung im Jahr 2011 stellt sich die Frage, ob 55 Cancri e hat eine Atmosphäre, blieb aufgrund der extremen Temperaturen und der intensiven Strahlung seines Sterns unbeantwortet. Frühere Studien mit dem ausgemusterten Spitzer-Weltraumteleskop der NASA deuteten auf eine mögliche Atmosphäre hin, die flüchtige Stoffe wie Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid enthält. Eine andere Theorie besagt jedoch, dass der Planet möglicherweise keine Atmosphäre hat und nur einen dünnen Schleier aus verdampftem Gestein aufweist.

Ein thermisches Emissionsspektrum des Exoplaneten Supererde 55 Cancri e, aufgenommen mit dem GRISM-Spektrometer (F444W) auf der NIRCam (Nahinfrarotkamera) und dem MIRI (Mid-Infrared Instrument) niedrigauflösenden Spektrometer am James Webb-Weltraumteleskop der NASA. zeigt, dass der Planet möglicherweise von einer Atmosphäre umgeben ist, die reich an Kohlendioxid oder Kohlenmonoxid und anderen flüchtigen Stoffen ist, nicht nur von verdampftem Gestein. Bildnachweis: Joseph Olmsted (STScI) / NASA, ESA, CSA

Um diese Hypothesen zu testen, verwendeten die Forscher die Nahinfrarotkamera (NIRCam) und das Mittelinfrarotinstrument (MIRI) am James Webb-Weltraumteleskop. Durch die Analyse des Lichts des Planeten in verschiedenen Wellenlängen wollten sie dessen Zusammensetzung und Struktur bestimmen.

Dieser als Sekundärfinsternisspektroskopie bezeichnete Ansatz umfasst die Messung von Lichtveränderungen, während sich der Planet hinter seinem Stern bewegt, und ermöglicht es Wissenschaftlern, atmosphärische Signaturen zu erkennen.

Den ersten Hinweis auf eine substanzielle Atmosphäre lieferten MIRI-Messungen der thermischen Emission des Planeten, die eine relativ niedrige Temperatur von etwa 2.800 Grad Fahrenheit (1.540 Grad Celsius) ergaben – weit niedriger als die erwarteten 4.000 Grad Fahrenheit (2.200 Grad Celsius), wenn der Planet nicht vorhanden wäre eine Atmosphäre. Diese kühlere Temperatur deutet darauf hin, dass die Energie möglicherweise von der Tagseite auf die Nachtseite umverteilt wird, was wahrscheinlich auf eine Atmosphäre zurückzuführen ist, die reich an flüchtigen Verbindungen ist.

Diese künstlerische Darstellung zeigt die Supererde 55 Cancri e vor ihrem Mutterstern
Diese künstlerische Darstellung zeigt die Supererde 55 Cancri e vor ihrem Mutterstern. Bildnachweis: M. Kornmesser / ESA/Hubble

Weitere Analysen mit NIRCam zeigten Muster, die mit einer Atmosphäre übereinstimmen, die Gase wie Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid enthält, was auf einen signifikanten Unterschied zu einem Planeten ohne Atmosphäre oder einem Planeten, der nur aus verdampftem Gestein besteht, hinweist.

Das Team geht davon aus, dass die Gase abdecken 55 Cancri e könnte eher das Ergebnis interner Prozesse als Überreste der Entstehung des Planeten sein. Wie Aaron Bello-Arufe, Co-Autor der Studie, erklärt, könnte es sich dabei um eine Sekundäratmosphäre handeln, die durch den Magma-Ozean des Planeten kontinuierlich aufgefüllt wird und im Laufe der Zeit im geschmolzenen Gestein gelöstes Gas freigesetzt wird.

Während 55 Cancri e zu heiß ist, um bewohnbar zu sein, bietet die Untersuchung seiner Atmosphäre wertvolle Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen Atmosphären, Oberflächen und Innenräumen von Gesteinsplaneten und liefert Hinweise auf die frühen Bedingungen auf Erde, Venus und Mars, die wahrscheinlich von Magma-Ozeanen bedeckt waren Irgendwann. Letztendlich könnte diese Forschung zu einem besseren Verständnis der Bedingungen führen, die es Gesteinsplaneten ermöglichen, eine gasreiche Atmosphäre zu bewahren – ein wesentlicher Bestandteil für die Bewohnbarkeit.


Quellen

NASA Goddard Space Flight Center | Hu, R., Bello-Arufe, A., Zhang, M. et al. Eine Sekundäratmosphäre auf dem felsigen Exoplaneten 55 Cancri e. Natur (2024). doi.org/10.1038/s41586–024–07432-x


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