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WASP-19B
Gasriese mit Titanoxid in der Atmosphäre
Redaktion / Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
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14. September 2017

In der Atmosphäre des Planeten WASP-19b ist es Astronomen gelungen, mit Titanoxid erstmals ein schwereres Element nachzuweisen. Die Forscher konnten so auch etwas über die Schichtung der Atmosphäre in Erfahrung bringen, die die ferne Welt umhüllt. WASP-19b ist ein Gasriese und umrundet seinen Zentralstern in äußert geringem Abstand alle 19 Stunden.

WASP-19b

Der Exoplanet WASP-19b in einer künstlerischen Darstellung. Bild: ESO/M. Kornmesser [Großansicht]

Seit der ersten Beobachtung eines "Exoplaneten" sind inzwischen fast viertausend Planeten an anderen Sternen in unserer Milchstraße identifiziert worden. Nach diesen vielen Entdeckungen wenden sich die Wissenschaftler nun immer stärker Beobachtungen zu, die die Atmosphäre, deren Bestandteile und ihren Aufbau, untersuchen.

Schwierig gestaltet sich insbesondere die Bestimmung der Stoffe und Elemente, aus denen diese Atmosphären zusammengesetzt sind: Bisher konnten nur eine gute Handvoll leichter Elemente wie Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff so wie Natrium und Kalium nachgewiesen werden. Nun gelang es DLR-Nachwuchswissenschaftler Elyar Sedaghati zum ersten Mal, mit dem Molekül Titanoxid ein schwereres Element in der Atmosphäre eines sogenannten "heißen Jupiter" zu identifizieren.

Gemeinsam mit einem Team von neun weiteren Astronomen führte Sedaghati seine Untersuchung des Exoplaneten mit der Bezeichnung WASP-19b mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile durch. Entdeckt und untersucht wurde WASP-19b mit der sogenannten Transitmethode: Wenn der Planet vor seinem Stern vorbeizieht, fällt für diesen Zeitraum messbar weniger Licht auf den Sensor des Teleskops. Tritt diese winzige Lichtabnahme von einem Zehntel bis zu einem Hundertstel Prozent periodisch auf, weiß der Beobachter, dass es sich um einen Planeten handelt, der den Stern umkreist. Umgibt den Planeten eine Atmosphärenschicht, dann wird das Sternenlicht, das durch diesen Bereich tritt, in charakteristischer Weise verändert. Diese Signale sind winzig klein und lassen sich nur mit hochempfindlichen Messungen und raffinierten Auswertemethoden ausfindig machen.

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"Diese Phase, wenn der Planet vor die Scheibe des Sterns tritt, ist für die Untersuchung seiner Atmosphäre entscheidend", erklärt Sedaghati. "Winzige Variationen der Wellenlängen und der Intensität des Lichts, das uns von diesem Stern erreicht, ermöglichen durch einen Vergleich mit Atmosphärenmodellen die Bestimmung von einigen Eigenschaften der Atmosphäre und deren Bestandteile. Zwei Jahre lang haben wir diese Messungen immer wieder durchgeführt".

Das Titanoxid (chemisch: TiO) in der Atmosphäre von WASP-19b, eines jupitergroßen Planeten, verriet sich als das Sternenlicht stark streuender Dunst. Nicht nur die Entdeckung des vergleichsweise schweren Moleküls Titanoxid und Wasser in der Gashülle eines extrasolaren Planeten ist von wissenschaftlicher Bedeutung. "Es ist auch das erste Mal, dass wir etwas über die Struktur der Atmosphäre eines heißen Riesenplaneten an einem anderen Stern erfahren, dass er womöglich eine Schichtung hat, gewissermaßen eine Stratosphäre", erläutert Professor Heike Rauer vom DLR-Institut für Planetenforschung, die an der Studie mitgewirkt und Sedaghatis Doktorarbeit betreut hat.

Ein klein wenig kann man den Titanoxid-Dunst mit der Ozonschicht auf der Erde vergleichen: Eigentlich wird eine Atmosphäre nach oben immer kälter, doch durch eine solche das Sternenlicht absorbierende Inversionsschicht wird es auf der Tagseite auf einmal wieder wärmer. "Diese Beobachtung öffnet die Tür für die Charakterisierung der Chemie von Atmosphären extrasolarer Planeten ein gehöriges Stück", ergänzt Rauer.

Das Team der Wissenschaftler um Sedaghati beobachtete WASP-19b mit dem FORS2-Instrument am VLT der Europäischen Südsternwarte (ESO) und sammelte Millionen von Einzelspektren in allen Wellenlängen des sichtbaren Lichts. Um die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre herauszufinden, wurden spezielle Algorithmen angewendet, die auch unterschiedliche Temperaturen und die variierenden Eigenschaften von Wolken- und Dunstschichten berücksichtigen. Neben Titanoxid fanden die Astronomen auch Hinweise auf Wasser und Natrium.

WASP-19b wurde bereits 2009 entdeckt. Es handelt sich um einen stark "aufgeblähten" Riesen-Gasplaneten ähnlich dem Jupiter mit etwa elf Prozent mehr Masse, aber einem etwa 40 Prozent größerem Durchmesser von an die 200.000 Kilometern. Die Temperatur seiner Atmosphäre dürfte bei mehr als 2000 Grad Celsius liegen. Die Ursache hierfür liegt in einer extrem engen Umlaufbahn von nur 240.000 Kilometern um den Stern WASP-19 im Sternbild Segel des Schiffs, den der heiße Gasriese in nur 19 Stunden umkreist. WASP-19 ist mit mehr als 11,5 Milliarden Jahren doppelt so alt wie die Sonne und hat wie diese einen Durchmesser von etwa 1,4 Millionen Kilometer und eine Oberflächentemperatur von über 5000 Grad Celsius.

 Rauer sieht die Studie und die Entdeckung als Schritt in Richtung eines großen Zukunftsziels, denn die Methoden, die angewendete wurden, lassen sich mit leistungsstärkeren Instrumenten auch auf kleinere, erdähnliche Planeten und ihre Atmosphären übertragen: "Wir versuchen, mit vielen kleinen Schritten das Ziel zu erreichen: Die Entdeckung von Planeten, die ähnlich wie die Erde aus Gestein bestehen, Temperaturen haben, bei denen Wasser auf diesen Planeten vorhanden sein kann, und die von Atmosphären umgeben sind, die Leben auf solchen Planeten ermöglichen - eine Erde 2.0 gewissermaßen."

Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erschienen ist.

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Ferne Welten - die astronews.com Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten
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