Astronomen der University of Hawaii haben mit dem 10-m-Keck-II-Teleskop des W. M. Keck Observatory auf Mauna Kea das Spektrum des Exoplaneten HR 8799 b analysiert. HR 8799 b befindet sich rund 130 Lichtjahre entfernt und gehört zu den ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, die mittels direkter Beobachtung entdeckt wurden.
Ein Beitrag von Timo Lange und Klaus Donath. Quelle: W. M. Keck Observatory. Vertont von Peter Rittinger.
(Bild: Brendan Bowler and Michael Liu, IfA/Hawaii)
Trotz über 500 bisher gefundener Planeten ist dies einer von nur sechs, welcher direkt abgelichtet werden konnte. Das System um den mit nur 60 Millionen Jahren noch sehr jungen Hauptreihenstern HR 8799, auch bekannt als V342 Pegasi (da im Sternbild Pegasus gelegen), besteht aus insgesamt drei bekannten Planeten. Die drei Planeten wurden vor weniger als anderthalb Jahren ebenfalls am Keck-Observatorium entdeckt. Nun konnte erstmals das Spektrum eines der Planeten aufgenommen werden.
HR 8799 b ist mit etwa sieben Jupitermassen der leichteste der drei Planeten, die ihren Stern allesamt recht weitläufig in einem Abstand von 24, 38 und 68 Astronomischen Einheiten (AE) umlaufen. HR 8799 b ist mit 68 AE mehr als doppelt so weit von seiner Sonne entfernt wie der äußerste Planet unseres Sonnensystems, Neptun.
Aus dem Spektrum eines Planeten lassen sich sehr viel mehr Informationen lesen, als aus einem einzigen Bild: Es lassen sich Rückschlüsse auf Temperatur, chemische Zusammensetzung und Wolkeneigenschaften ziehen. „Wir sind nun an einem Punkt, an dem wir nicht nur Planeten um andere Sterne direkt abbilden, sondern auch die Eigenschaften ihrer Atmosphären im Detail untersuchen können. Direkte Spektroskopie ist die Zukunft dieses Forschungsfeldes“, sagt Brendan Bowler, Erstautor der Studie, welche in der nächsten Ausgabe des Astrophysical Journal erscheinen wird.
(Bild: Keck-Observatorium)
Im Fall von HR 8799 b sind die Astronomen auf Temperaturwerte gestoßen, welche sich mit herkömmlichen theoretischen Modellen von Gasriesen nicht gut erklären lassen. Die Temperatur lässt sich vor dem Hintergrund einiger theoretischer Annahmen gut anhand der chemischen Zusammensetzung der Atmosphäre ablesen. Bei HR 8799 b wurde so gut wie kein atmosphärisches Methan nachgewiesen, was ein Zeichen für eher hohe Temperaturen ist. So wird die geringst mögliche Temperatur auf 1.200 Kelvin (etwa 930 °C) geschätzt. Bisherige Modelle gingen jedoch von einer um 400 Kelvin geringeren Temperatur für einen Planeten dieses Alters und bei der abgestrahlten Energiemenge aus.
(Bild: Keck Observatory / Bruce Maciontosh)
Das Forschungsteam vermutet, dass die höheren Temperaturen durch wesentlich mehr Staub und Wolken als erwartet in der Atmosphäre zustandekommen. „Die direkte Untersuchung von extrasolaren Planeten steckt noch in den Kinderschuhen“, kommentiert Michael Liu, Coautor der Studie. Aber sogar in dieser frühen Phase sehen wir, dass wir es mit gänzlich anderen Objekten als den bisher bekannten zu tun haben.“
Möglich wurde die Beobachtung durch die Hochkontrast-Adaptive Optik des Teleskops in Verbindung mit OSIRIS, einem speziellen Spektrographen. OSIRIS steht für OH-Suppressing Infra-Red Integral-field Spectrograph. „OH-Suppressing“ bedeutet, dass die Emissionslinien von Hydroxilmolekülen herausgefiltert werden, bevor das eingefangene Licht den Spektrographen erreicht. Auf diese Weise erscheint der Nachthimmel im Infrarot, dem Beobachtungsbereich von OSIRIS, um einige Magnituden dunkler. Hydroxilmoleküle in den oberen Schichten der Erdatmosphäre stören bodengestützte Beobachtungen im Infrarotbereich, was auf diese Weise umgangen werden kann. OSIRIS kann Spektra an bis zu 3.000 Punkten gleichzeitig aufnehmen und somit gewissermaßen „Spektral-Bilder“ erzeugen, wie hier in Abbildung 1 erkennbar.
Weitere Untersuchungen und insbesondere der Vergleich mit den noch unbekannten Spektra der Nachbarplaneten werden die genauere Natur dieser neuen Klasse von jungen Gasriesen Stück für Stück enthüllen.
Direkte Studien an extrasolaren Planeten befinden noch in ihren Anfängen. Dennoch ist es bemerkenswert, wie viele Informationen bereits über weit entfernte Planeten gesammelt werden können. Das Licht des Planeten ist etwa 100.000 Mal schwächer als das seines Zentralgestirns und konnte nur mit adaptiver Optik fokussiert werden.
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