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CHEOPS
Rugbyförmiger Exoplanet um WASP-103
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bern
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12. Januar 2022

Mithilfe des Weltraumteleskops CHEOPS konnte nun erstmals  die Verformung eines Exoplaneten nachgewiesen werden. Aufgrund von starken Gezeitenkräften ähnelt der rund 1500 Lichtjahre entfernte Planeten WASP-103b mehr einem Rugbyball als einer Kugel. Der innere Aufbau der fernen Welt dürfte der des Gasriesen Jupiter in unserem Sonnensystem gleichen.

WASP-103

Künstlerische Darstellung des Planeten WASP-103b und seines Zentralsterns: CHEOPS-Daten haben gezeigt, dass der Exoplanet, der seine Sonne innerhalb eines Tages umkreist, eher die Form eines Rugbyballs als die einer Kugel hat. Bild: ESA [Großansicht]

An Küsten bestimmen die Gezeiten den Rhythmus des Geschehens. Bei Ebbe bleiben Boote auf dem Land sitzen, bei Flut wird der Weg aufs Meer für sie wieder frei. Erzeugt werden die Gezeiten auf der Erde in erster Linie durch den Mond. Seine Anziehungskraft lässt Flutberge entstehen, so dass Wasser in anderen Meeresregionen fehlt und hier Ebbe ist. Obwohl diese Verformung des Ozeans vielerorts markante Pegelunterschiede ausmacht, ist sie vom Weltraum aus kaum erkennbar.

Auf dem Planeten WASP-103b sind die Gezeiten sehr viel extremer. Der Planet umkreist seinen Stern in nur einem Tag und wird durch die starken Gezeiten so sehr verformt, dass seine Erscheinung an einen Rugbyball erinnert. Dies zeigt eine neue Studie mit Beteiligung von Forschenden der Universitäten Bern und Genf sowie dem Nationalen Forschungsschwerpunkt (NFS) PlanetS, die jetzt vorgestellt wurde. Sie basiert auf Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop CHEOPS, eine gemeinsame Mission der europäischen Weltraumagentur ESA und der Schweiz.

Der Planet WASP-103b befindet sich im Sternbild Herkules in einer Entfernung von rund 1500 Lichtjahren. Er ist fast doppelt so groß wie Jupiter, hat seine eineinhalbfache Masse und ist seinem Stern etwa fünfzig Mal näher als die Erde der Sonne. "Wegen seiner großen Nähe zu seinem Stern hatten wir bereits vermutet, dass auf dem Planeten sehr große Gezeiten verursacht werden. Nachweisen konnten wir das bisher jedoch nicht", erklärt Yann Alibert, Professor für Astrophysik an der Universität Bern.

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Zuvor war der Planet bereits mit den Weltraumteleskopen Hubble und Spitzer beobachtet worden. Doch erst durch die Kombination mit Daten des Satelliten CHEOPS gelang es, das winzige Signal der Gezeitendeformation von WASP-103b zu messen. Dabei machten sie sich zunutze, dass der Planet das Licht des Sterns jeweils etwas abdunkelt, wenn er davor vorbeizieht. "Nachdem wir mehrere solche sogenannten 'Transits' beobachtet hatten, waren wir in der Lage die Verformung zu messen. Es ist unglaublich, dass uns dies gelungen ist – es ist das erste Mal, dass eine solche Analyse durchgeführt wurde", unterstreicht Babatunde Akinsanmi von der Universität Genf.

Die Ergebnisse der Forschenden lassen nicht nur Rückschlüsse auf die Form des Planeten zu, sondern auch auf sein Inneres. Denn das Team konnte aus der Transitlichtkurve von WASP-103b auch einen Parameter – die sogenannte "Love-Zahl", benannt nach dem britischen Mathematiker Augustus E. H. Love – ableiten. Dieser gibt an, wie die Masse innerhalb des Planeten verteilt ist und gibt damit auch Hinweise auf die innere Struktur. "Der Widerstand eines Materials gegen Verformung hängt von seiner Zusammensetzung ab", erklärt Akinsanmi. "Die Gezeiten auf der Erde können wir nur in den Ozeanen sehen. Der felsige Teil bewegt sich nicht so stark. Indem wir messen, wie stark der Planet verformt ist, können wir deshalb feststellen, wie viel von ihm aus Gestein, Gas oder Wasser besteht".

Die Love-Zahl von WASP-103b ist ähnlich jener des Jupiters, dem Gasriesen unseres Sonnensystems, was darauf schließen lässt, dass die innere Struktur ähnlich ist – obwohl WASP-103b den doppelten Radius hat. "Im Prinzip würden wir erwarten, dass ein Planet mit der 1,5-fachen Masse des Jupiters in etwa die gleiche Größe hat. Daher muss WASP-103b aufgrund der Erwärmung durch seinen Stern und vielleicht auch durch andere Mechanismen stark aufgebläht sein", vermutet Monika Lendl, Professorin für Astronomie an der Universität Genf.

Da die Messunsicherheit bei der Love-Zahl allerdings noch recht hoch ist, werden künftige Beobachtungen mit CHEOPS und dem James-Webb-Weltraumteleskop nötig sein, um die Details der Gezeitenverformung und inneren Struktur von WASP-103b und vergleichbarer Exoplaneten zu entschlüsseln. "Das würde unser Verständnis dieser sogenannten 'heißen Jupiter' verbessern und einen besseren Vergleich zwischen diesen und Riesenplaneten im Sonnensystem ermöglichen", so Lendl abschließend.

Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics erschienen ist.

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siehe auch
CHEOPS: Seit zwei Jahren erfolgreich Exoplaneten im Visier - 17. Dezember 2021
Ferne Welten - unsere Berichterstattung über die Suche nach extrasolaren Planeten und außerirdischem Leben
Links im WWW
Barros, S. C. C. et al. (2022): Detection of the tidal deformation of WASP-103b at 3 σ with CHEOPS, A&A, 657, A52
Universität Bern
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