JAMES WEBB
Kohlendioxid in der Atmosphäre von WASP-39b
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Bern
astronews.com
26. August 2022

Zum ersten Mal ist es gelungen, in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb des Sonnensystems Kohlendioxid eindeutig nachzuweisen. Der Fund gelang einem internationalen Forschungsteam mithilfe des James Webb Space Telescope bei dem rund 700 Lichtjahre entfernten Planeten WASP-39b. Bei der fernen Welt handelt es sich um einen heißen Jupiter.

So wie in dieser künstlerischen Darstellung könnte der Planet WASP-39b in rund 700 Lichtjahre Entfernung aussehen. Bild: NASA, ESA, CSA und J. Olmsted (STScI)  [Großansicht]

Aufgrund seiner Rolle bei der Regulierung des Klimas ist Kohlendioxid ist ein zentraler Bestandteil der Erdatmosphäre. Das Molekül in der Atmosphäre von fernen Exoplaneten eindeutig detektieren zu können, ist daher ein essenzieller Schritt bei der Suche nach lebensfreundlichen Welten. Genau dies ist einem internationalen Team von Forschenden, mit Beteiligung der Universität Bern, der Universität Genf und dem Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) PlanetS dank Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop gelungen. Dieses wird gemeinsam von der europäischen Weltraumorganisation ESA, der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA, und der kanadischen Weltraumorganisation CSA betrieben und hat im Juni 2022 seine wissenschaftliche Arbeit aufgenommen.

Der Planet WASP-39b ist ein heißer Gasriese, der einen sonnenähnlichen Stern in 700 Lichtjahren Entfernung von der Erde umkreist. Im Gegensatz zu den Gasriesen in unserem Sonnensystem umkreist WASP-39b seinen Stern in einem engen Orbit – in nur etwa einem Achtel der Entfernung zwischen Sonne und Merkur – und benötigt für einen Umlauf nur etwas mehr als vier Erdentage. Durch die intensive Sonneneinstrahlung wird der Planet auf etwa 900 °C aufgeheizt. "Die Hitze bewirkt, dass sich die Atmosphäre des Planeten ausdehnt und so ist WASP-39b ein Drittel grösser als Jupiter, der größte Gasriese unseres Sonnensystems", erklärt Monika Lendl, Astronomieprofessorin an der Universität Genf und an der Studie beteiligt.

Wenn ein Planet direkt vor seinem Stern vorbeizieht, scheint ein Teil des Sternenlichts durch die Atmosphäre des Planeten, bevor es das Teleskop erreicht. "Die Atmosphäre filtert einige Farben stärker heraus als andere, je nachdem, woraus sie besteht, wie dick sie ist und ob es in ihr Wolken gibt oder nicht", so Lendl. Mithilfe des Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) des Webb-Teleskops konnte das Team von Forschenden den Fingerabdruck von Kohlendioxid in dem Licht, das die Atmosphäre von WASP-39b durchquerte, nachweisen. "Gleich beim ersten Anblick der Daten war klar, dass wir es mit einer spektakulären Entdeckung zu tun haben», sagt Dominique Petit dit de la Roche, Forscherin an der Universität Genf. "Zum ersten Mal wurde Kohlendioxid eindeutig auf einem Planeten außerhalb des Sonnensystems nachgewiesen."

"Die Entdeckung eines so deutlichen Signals von Kohlendioxid auf WASP-39b ist ein gutes Vorzeichen. Sowohl für die Entdeckung von Atmosphären auf kleineren, erdgroßen Planeten als auch für die Messung der Häufigkeit von weiteren Gasen wie Wasser und Methan", sagte Natalie Batalha von der University of California in Santa Cruz, die Leiterin des internationalen Forschungsteams, das die Beobachtungen durchführte. Das Verständnis der Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten erlaubt auch Einblicke in den Ursprung des Planeten und seine Entwicklung. "Kohlendioxidmoleküle sind gute Indikatoren für die Geschichte der Planetenentstehung", sagt Elspeth Lee von der Universität Bern. "Der eindeutige Nachweis von Kohlendioxid in WASP-39b gibt uns Aufschluss über den Bestand an Kohlenstoff- und Sauerstoffmolekülen in der Atmosphäre. Dadurch erhalten wir eine Vorstellung von den vielfältigen chemischen Prozessen, die in Atmosphären unter solch extremen Bedingungen ablaufen, sowie von dem möglichen Gesteins- und Gasmaterial, das der Planet während seiner Entstehungsphasen aufgenommen haben könnte."

Die NIRSpec-Beobachtung von WASP-39b ist nur ein Teil eines großen Beobachtungsvorhabens mit dem James-Webb-Teleskop, das weitere Beobachtungen von WASP-39b sowie Beobachtungen von zwei anderen Planeten umfasst. Die Beobachtungen sind Teil des sogenannten Early-Release-Science-Programms, das entwickelt wurde, um der internationalen Forschungsgemeinschaft so schnell wie möglich wissenschaftliche Daten von James Webb zur Verfügung zu stellen.

Über ihre Beobachtungen berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erscheinen wird.