Dieser Planet ist so metallisch. Eisen- und Titandampf in der Atmosphäre eines "Ultra-Hot Jupiter" – Space Magazine

Während der Entdeckung von Planeten jenseits unseres Sonnensystems haben Astronomen einige wirklich interessante Kunden gefunden! Zusätzlich zu "Super-Jupitern" (Exoplaneten, die ein Vielfaches der Jupitermasse sind) wurden auch eine Reihe von "heißen Jupitern" beobachtet. Dies sind Gasriesen, die nahe an ihren Sternen kreisen, und in einigen Fällen wurde festgestellt, dass diese Planeten so heiß sind, dass sie Stein oder Metall schmelzen könnten.

Dies hat zur Bezeichnung „ultra-hot Jupiter“ geführt, von denen die heißeste letztes Jahr entdeckt wurde. Laut einer kürzlich von einem internationalen Team von Astronomen durchgeführten Studie ist dieser Planet jetzt heiß genug, um Metall in Dampf umzuwandeln. Es ist bekannt als KELT-9b, ein Gasriese, der 650 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt und atmosphärische Temperaturen hat, die so heiß sind – über 4.000 ° C – dass er Eisen und Titan verdampfen kann!

Das internationale Team wurde von Jens Hoeijmakers geleitet, einem Postdoktoranden an der Universität Genf (UNIGE) und der Universität Bern (UNIBE). Das Team bestand aus Mitgliedern der PlanetS-Gruppe des Nationalen Zentrums für Kompetenz in der Forschung (NCCR) und des UNIGE-Teams „Zukunft der Charakterisierung von Exoplaneten mit Spektroskopie in der oberen Atmosphäre (VIER ACES1)“.

Diese Gruppen, die sich der Charakterisierung von Exoplaneten widmen, setzen sich aus Forschern von UNIGE, UNIBE, der Universität Zürich (UZH) und der Universität Lausanne (UNIL) zusammen. Zusätzliche Unterstützung kamen von Forschern des Cavendish Astrophysics and MRC Laboratory of Molecular Biology der Universität Cambridge, des Cagliari Observatory und des Roque de los Muchachos Observatory.

Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt – "Atomeisen und Titan in der Atmosphäre des Exoplaneten KELT-9b" – erschien kürzlich in der Fachzeitschrift Natur. Für ihre Studie versuchte das Team, die chemische Zusammensetzung eines ultraheißen Jupiter einzuschränken, da diese Planeten die Grenze zwischen Gasriesen und Sternen überspannen und Astronomen dabei helfen könnten, mehr über die Geschichte der Exoplanetenbildung zu erfahren.

Zu diesem Zweck wählten sie KELT-9b, das ursprünglich 2017 von Astronomen mithilfe der KELT-Umfrage (Kilodegree Extremely Little Telescope (s)) entdeckt wurde. Wie alle ultraheißen Jupiter umkreist dieser Planet seinen Stern sehr nahe – 30 Mal näher als die Entfernung der Erde von der Sonne – und hat eine Umlaufzeit von 36 Stunden. Infolgedessen treten Oberflächentemperaturen von mehr als 4.000 ° C auf, wodurch es heißer als viele Sterne ist.

Auf dieser Grundlage führten Dr. Hoeijmakers und seine Kollegen eine theoretische Studie durch, in der das Vorhandensein von Eisendampf in der Atmosphäre des Planeten vorhergesagt wurde. Kevin Heng, Professor an der UNIBE und Mitautor der Studie, erklärte kürzlich in einer Pressemitteilung von UNIGE:

"Die Ergebnisse dieser Simulationen zeigen, dass die meisten dort gefundenen Moleküle in atomarer Form vorliegen sollten, da die Bindungen, die sie zusammenhalten, durch Kollisionen zwischen Partikeln aufgebrochen werden, die bei diesen extrem hohen Temperaturen auftreten."

Um diese Vorhersage zu testen, stützte sich das Team auf Daten des hochpräzisen Radialgeschwindigkeits-Planetensuchers für den Spektrographen der nördlichen Hemisphäre (HARPS-North oder HARPS-N) während eines einzelnen Transits des Exoplaneten. Während eines Transits kann man sehen, wie Licht vom Stern durch die Atmosphäre filtert, und die Untersuchung dieses Lichts mit einem Spektrometer kann Aufschluss über die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre geben.

Was sie fanden, waren starke Hinweise auf nicht nur einfach ionisiertes atomares Eisen, sondern auch auf einfach ionisiertes atomares Titan, das einen signifikant höheren Schmelzpunkt aufweist – 1670 ° C (3040 ° F) im Vergleich zu 1250 ° C (2282 ° F). Hoeijmakers erklärte: „Mit den vorliegenden theoretischen Vorhersagen war es, als würde man einer Schatzkarte folgen, und als wir uns tiefer mit den Daten befassten, fanden wir noch mehr.“

Diese Studie enthüllt nicht nur die Zusammensetzung einer neuen Klasse ultraheißer Jupiter, sondern hat Astronomen auch ein Rätsel gestellt. Zum Beispiel glauben Wissenschaftler, dass viele Planeten verdampft sind, weil sie sich in einer engen Umlaufbahn mit einem hellen Stern befinden, so wie es KELT-9b ist. Und wie ihre Studie zeigt, baut die Strahlung des Sterns schwere Übergangsmetalle wie Eisen und Titan ab.

Obwohl KELT-9b wahrscheinlich zu massiv ist, um jemals vollständig zu verdampfen, zeigt diese neue Studie den starken Einfluss der Sternstrahlung auf die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten. Bei kühleren Gasriesen wird angenommen, dass Elemente wie Eisen und Titan die Form von gasförmigen Oxiden oder Staubpartikeln haben, die schwer nachzuweisen sind. Im Fall von KELT-9b sind diese Elemente jedoch aufgrund ihrer atomisierten Form in hohem Maße nachweisbar.

David Ehrenreich, der Hauptforscher des VIER ACES-Teams der UNIGE und Mitautor der Studie, kam zu dem Schluss: "Dieser Planet ist ein einzigartiges Labor, um zu analysieren, wie sich Atmosphären unter intensiver Sternstrahlung entwickeln können." Mit Blick auf die Zukunft sagt die Studie des Teams auch voraus, dass es möglich sein sollte, gasförmiges atomares Eisen in der Atmosphäre des Planeten mit aktuellen Teleskopen zu beobachten.

Kurz gesagt, Astronomen müssen nicht auf Teleskope der nächsten Generation warten, um dieses einzigartige Planetenlabor zu untersuchen, das Astronomen viel über den Prozess der Exoplanetenbildung beibringen kann. Wenn Astronomen mehr über die Bildung von Gasriesen in anderen Sternensystemen erfahren, erhalten sie wahrscheinlich wichtige Hinweise darauf, wie sich unser eigenes Sonnensystem gebildet und entwickelt hat.

Wer weiß? Vielleicht war unser eigener Jupiter einmal heiß und verlor Masse, bevor er in seine aktuelle Position wanderte. Oder vielleicht ist Merkur die ausgebrannte Hülle eines einst riesigen Planeten, der seine gasförmigen Schichten verloren hat. Während uns das Studium der Exoplaneten lehrt, ist bekannt, dass solche seltsamen Dinge in diesem Universum passieren!

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