Exoplanetenatmosphären liefern Hinweise auf die Bildung des Sonnensystems

Der bisher detaillierteste Blick auf die Atmosphäre eines fernen Exoplaneten hat eine Mischung aus Wasserdampf und Kohlenmonoxid ergeben, die eine Welt bedeckt, die zehnmal so groß ist wie Jupiter, etwa 130 Lichtjahre von der Erde entfernt. Wie Jupiter hat es keine feste Oberfläche und eine Temperatur von mehr als tausend Grad. Zusätzlich wurden keine verräterischen Methansignale in der Atmosphäre festgestellt. Dieses Sonnensystem ist jedoch nach wie vor von großem Interesse, da drei andere Riesenwelten denselben Stern umkreisen und Wissenschaftler sagten, dass die Untersuchung dieses Systems nicht nur dazu beitragen wird, Rätsel zu lösen, wie es entstanden ist, sondern auch, wie sich unser eigenes Sonnensystem gebildet hat.

Die Beobachtungen wurden am Keck II-Teleskop in Hawaii unter Verwendung eines Infrarot-Bildspektrographen namens OSIRIS gemacht, der in der Lage war, die chemischen Fingerabdrücke bestimmter Moleküle aufzudecken.

"Dies ist das schärfste Spektrum, das jemals von einem extrasolaren Planeten erhalten wurde", sagte Dr. Bruce Macintosh vom Lawrence Livermore National Laboratory. „Dies zeigt die Fähigkeit, ein Planetensystem direkt abzubilden. Es ist die exquisite Auflösung, die diese neuen Beobachtungen bieten, die es uns ermöglicht hat, die Planetenbildung wirklich zu untersuchen. “

"Mit dieser Detailgenauigkeit", sagte Co-Autor Travis Barman vom Lowell Observatory, "können wir die Menge an Kohlenstoff mit der Menge an Sauerstoff vergleichen, die in der Atmosphäre vorhanden ist, und diese chemische Mischung liefert Hinweise darauf, wie sich das Planetensystem gebildet hat." . ”

Die Planeten um den Stern, bekannt als HR 8799, wiegen zwischen dem Fünf- und Zehnfachen der Jupitermasse und leuchten immer noch im Infrarot mit der Hitze ihrer Bildung. Das Forscherteam sagt, ihre Beobachtungen legen nahe, dass das Sonnensystem auf ähnliche Weise wie unser eigenes geschaffen wurde, wobei sich Gasriesen weit entfernt von ihrem Mutterstern und kleinere felsige Planeten näher beieinander bilden. Es wurden jedoch noch keine erdähnlichen felsigen Planeten entdeckt in diesem System.

"Die Ergebnisse legen nahe, dass das HR 8799-System wie ein vergrößertes Sonnensystem ist", sagte Quinn Kanopacky, Astronom an der Universität von Toronto in Kanada. „Als die festen Kerne groß genug wurden, zog ihre Schwerkraft schnell das umgebende Gas an, um zu den massiven Planeten zu werden, die wir heute sehen. Da dieses Gas einen Teil seines Sauerstoffs verloren hat, hat der Planet weniger Sauerstoff und weniger Wasser als wenn es sich durch eine Gravitationsinstabilität gebildet hätte. “

Es gibt zwei führende Modelle der Planetenbildung: Kernakkretion und Gravitationsinstabilität. Wenn sich Sterne bilden, umgibt sie eine planetenbildende Scheibe. Mit der Kernakkretion bilden sich Planeten allmählich, während feste Kerne langsam groß genug werden, um Gas von der Scheibe aufzunehmen, während sich im Gravitationsinstabilitätsmodell Planeten fast augenblicklich bilden, wenn die Scheibe auf sich selbst kollabiert.

Eigenschaften wie die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten sind Hinweise darauf, wie sich der Planet gebildet hat, und in diesem Fall scheint sich die Kernakkretion durchzusetzen. Obwohl es Hinweise auf Wasserdampf gab, ist diese Signatur schwächer als erwartet, wenn der Planet die Zusammensetzung seines Muttersterns teilen würde. Stattdessen hat der Planet ein hohes Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff – ein Fingerabdruck seiner Bildung in der Gasscheibe vor zig Millionen von Jahren. Während das Gas mit der Zeit abkühlte, bildeten sich Wassereiskörner, die das verbleibende Sauerstoffgas verbrauchten. Die Planetenbildung begann dann, als sich Eis und Feststoffe in Planetenkernen sammelten.

"Sobald die festen Kerne groß genug wurden, zog ihre Schwerkraft schnell das umgebende Gas an, um zu den massiven Planeten zu werden, die wir heute sehen", sagte Konopacky. "Da dieses Gas einen Teil seines Sauerstoffs verloren hat, hat der Planet weniger Sauerstoff und weniger Wasser als wenn es sich durch eine Gravitationsinstabilität gebildet hätte."

"Spektrale Informationen dieser Qualität liefern nicht nur Hinweise auf die Bildung der HR8799-Planeten, sondern auch die Anleitung, die wir benötigen, um unser theoretisches Verständnis der Exoplanetenatmosphären und ihrer frühen Entwicklung zu verbessern", sagte Barman. "Das Timing dieser Arbeit könnte nicht besser sein, da es den neuen Instrumenten folgt, die Dutzende weiterer Exoplaneten darstellen, die andere Sterne umkreisen und die wir ähnlich detailliert untersuchen können."

Dieses System war auch die Studie im Rahmen der Fernaufklärungsbildgebung mit Project 1640. Das folgende Video erklärt mehr:

Quelle: Keck-Observatorium

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