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Kalium bei heißem Jupiter nachgewiesen
Redaktion
/ Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam
astronews.com
5. September 2019
Einem Team von Astronominnen und Astronomen ist es erstmals
gelungen, Kalium in der Atmosphäre eines Exoplaneten überzeugend nachzuweisen.
Das Vorhandensein des Elements war schon länger vermutet worden, es war aber
bislang nicht aufzuspüren gewesen. Für die Studie wurde das Instrument PEPSI am
Large Binocular Telescope in Arizona genutzt.
Künstlerische Darstellung eines heißen
Jupiters (rechts) und seines kühlen Heimatsterns.
Bild: AIP/Kristin Riebe [Großansicht] |
Die chemischen Elemente Natrium und Kalium werden schon seit den frühesten
theoretischen Vorhersagen vor 20 Jahren vor allem in der Atmosphäre von "heißen
Jupitern" erwartet, einige tausend Kelvin heißen Gasplaneten, die eng um ferne
Sterne kreisen. Während Natrium schon früh auch in hochauflösenden Messungen
gefunden werden konnte, war dies bei Kalium nicht der Fall, was der
Atmosphärenchemie und -physik einige Rätsel aufgab.
Die Elemente können entdeckt werden, wenn man das Lichtspektrums des
Heimatsterns analysiert, während der Planet von der Erde aus gesehen vor ihm
vorbeizieht. Die unterschiedlichen Elemente hinterlassen im Lichtspektrum
spezifische Absorptionssignale, dunkle Linien, die auf die chemische
Zusammensetzung der Atmosphäre Rückschlüsse ziehen lassen. Wolken in der
Atmosphäre der heißen Jupiter können diese Absorptionssignale jedoch stark
abschwächen und damit den Nachweis der entsprechenden Elemente erschweren.
Selbst für den bisher am besten untersuchten heißen Jupiter HD189733b gab es
bisher nur sehr vage und ungenaue Kenntnisse zur Kaliumabsorption in der
Atmosphäre. Der 64 Lichtjahre entfernte, in etwa jupitergroße Exoplanet,
umkreist seinen Heimatstern – ein Zwergstern mit 0,8 Sonnenmassen – 30-mal näher
als die Erde die Sonne und braucht dafür nur 53 Stunden. Erst mit der großen
Lichtsammelfläche der zwei 8,4-Meter-Spiegel am LBT und den hohen spektralen
Auflösungsmöglichkeiten des Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic
Instrument (PEPSI) gelang es nun zum ersten Mal, Kalium in den atmosphärischen
Schichten über den Wolken definitiv nachzuweisen.
Mit den neuen Messungen können Forscherinnen und Forscher nun die
Absorptionssignale von Kalium und Natrium vergleichen und damit mehr über
Kondensations- und Ionisationsprozesse in diesen Exoplanetenatmosphären
erfahren. Die hierfür am LBT angewendete Technik heißt
Transmissionsspektroskopie. Dazu ist es erforderlich, dass der Exoplanet vor
seinem Heimatstern vorbeizieht. "Wir haben eine Zeitreihe von Lichtspektren
während des Vorbeizugs des Planeten vor seinem Stern aufgenommen und die
Absorptionstiefe verglichen", erklärt der Hauptautor der Studie, Engin Keles,
Doktorand am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) in der Gruppe
Sternphysik und Exoplaneten. "Während des Transits entdeckten wir dann die
Kaliumsignatur, die vor und nach dem Transit wie erwartet verschwand, was darauf
hindeutet, dass die planetarische Atmosphäre die Absorption verursacht."
Untersuchungen anderer Teams zielten bereits darauf ab, Kalium auf demselben
Exoplaneten zu entdecken, jedoch wurde entweder nichts gefunden oder das
Gefundene war zu schwach, um statistisch bedeutsam zu sein. Bisher gab es keinen
signifikanten Nachweis von Kalium in hochauflösenden Beobachtungen von
Exoplaneten. "Unsere Beobachtungen haben den Durchbruch geschafft", betont
Projekt-Mitverantwortlicher Dr. Matthias Mallonn, dem PEPSI-Projektleiter Prof.
Klaus Strassmeier zustimmt: "PEPSI ist für diese Aufgabe gut geeignet, da es auf
Grund seiner hohen spektralen Auflösung mehr Photonen pro Pixel aus sehr
schmalen Spektrallinien sammeln kann als jede andere
Teleskop-Spektrograph-Kombination."
"Sowohl als Spektrograph als auch als Polarimeter hat PEPSI bereits
bedeutende Beiträge zur Sternphysik geleistet", ergänzt Christian Veillet,
Direktor des LBT-Observatoriums. "Dieser starke Nachweis von Kalium in der
Atmosphäre eines Exoplaneten etabliert PEPSI als erstaunliches Werkzeug zur
Charakterisierung von Exoplaneten und als einzigartige Bereicherung für die
Mitglieder der LBT-Gemeinschaft." Das Team, bestehend aus Kolleginnen und
Kollegen aus Dänemark, den Niederlanden, der Schweiz, Italien und den USA,
präsentiert seine Ergebnisse nun in der Zeitschrift Monthly Notices of the
Royal Astronomical Society.
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