Webb-Teleskop findet Jupiter-Planeten mit mysteriösem Doppelschweif

Das James-Webb-Teleskop liefert erstmals detaillierte Daten zum Atmosphärenverlust des Exoplaneten WASP-121 b. Über einen kompletten Orbit hinweg zeigte sich eine überraschende Struktur aus zwei Gasschweifen. Das stellt bisherige Modelle infrage.

Webb-Teleskop zeigt Exoplanet-Details

Astronomen ist mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) eine bemerkenswert detaillierte Beobachtung des Exoplaneten WASP-121 b gelungen. Zum ersten Mal in der Geschichte der Exoplanetenforschung wurde der Atmosphärenverlust eines Planeten über einen kompletten Orbit hinweg kontinuierlich aufgezeichnet und spektroskopisch analysiert.

Die gewonnenen Daten des Instruments NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) offenbaren Strukturen, die das bisherige Verständnis von sogenannten "Hot Jupiters" herausfordern. Die Messungen zeigen nicht nur die chemische Zusammensetzung, sondern auch die dynamischen Bewegungen der Gase um den Himmelskörper.

Der etwa 858 Lichtjahre entfernte Gasriese im Sternbild Achterdeck des Schiffs umrundet seinen Mutterstern in extrem geringem Abstand. Für einen vollständigen Umlauf benötigt er lediglich 30 Stunden. Aufgrund der sogenannten gebundenen Rotation zeigt der Planet seinem Stern immer dieselbe Seite, was zu extremen Temperaturunterschieden führt. Die Atmosphäre auf der Tagseite heizt sich auf über 2300 Grad Celsius auf. Bei diesen Temperaturen zerfallen Wassermoleküle, und sogar Metalle wie Eisen und Magnesium liegen gasförmig vor, wie frühere Studien bereits vermuteten. Die extreme Hitze sorgt zudem dafür, dass leichte Gase wie Wasserstoff und Helium der Schwerkraft des Planeten entkommen und ins All entweichen.

Zweiter Schweif überrascht Forscher

Wie aus einer Mitteilung der University of Montreal hervorgeht, entdeckte das Team unter der Leitung von Romain Allart dabei etwas Ungewöhnliches. Das entweichende Helium bildet nicht nur einen Schweif, der - ähnlich wie bei einem Kometen - vom Sternenwind weggedrückt wird, sondern auch einen zweiten, vorauseilenden Strom. Das Gas erstreckt sich über eine Distanz, die dem Hundertfachen des Planetendurchmessers entspricht. Die Forscher der kanadischen Universität gehen davon aus, dass dieser vorauseilende Schweif durch die starke Gravitation des Sterns zum Innenbereich des Systems gezogen wird, während der Planet seine Bahn zieht.

Aktuelle Computermodelle können diese komplexe Doppelstruktur bislang nicht vollständig reproduzieren. Während einfache kometenartige Schweife physikalisch gut erklärbar sind, deutet der zweite Strom darauf hin, dass Gravitationskräfte und Sternenwinde in einer bisher nicht simulierten 3D-Geometrie zusammenwirken.


Das macht umfangreiche Anpassungen an den hydrodynamischen Simulationsmodellen erforderlich, um die physikalischen Prozesse beim Masseverlust solcher Himmelskörper korrekt abzubilden. Die Wissenschaftler müssen nun die Interaktion zwischen der planetaren Atmosphäre und dem stellaren Umfeld neu berechnen, um zu verstehen, wie stabil solche Atmosphären langfristig sind.

Einblick in Planeten-Evolution

Die Erkenntnisse sind für die Planetenforschung von hoher Relevanz, da der atmosphärische "Escape"-Prozess über das langfristige Schicksal eines Planeten entscheidet. Er bestimmt, ob ein Gasriese seine Hülle behält oder über Milliarden von Jahren auf einen nackten Gesteinskern reduziert wird.

Das könnte auch die Existenz der sogenannten "Neptun-Wüste" erklären. Dabei handelt es sich um eine Region sehr nahe an Sternen, in der kaum mittelgroße Gasplaneten (Hot Neptunes) gefunden werden. Die Theorie besagt, dass Planeten dieser Masse ihre Atmosphäre im Gegensatz zu den massereicheren Jupitern zu schnell verlieren, um in dieser Zone dauerhaft als Gasplaneten zu existieren.

Ein wesentlicher Vorteil der Weltraummission zeigt sich im Vergleich zu bodengebundenen Observatorien. Von der Erde aus war es bisher unmöglich, derart lange Beobachtungszeiträume am Stück abzudecken, da Tageslicht und Wetterbedingungen die Messungen zwangsläufig unterbrechen. Die Position des JWST am Lagrange-Punkt 2 ermöglichte nun die lückenlose Aufzeichnung der Helium-Signatur über den gesamten Orbit von 30 Stunden, plus einiger Stunden davor und danach. Künftige Studien müssen jetzt klären, ob das Phänomen der doppelten Schweife bei WASP-121 b ein Einzelfall ist oder ein gängiges Muster bei ultraheißen Jupitern darstellt.

Was haltet ihr von diesen neuen Erkenntnissen zur Planetenentwicklung und den Fähigkeiten des Webb-Teleskops? Findet ihr die Investitionen in solch komplexe Weltraumforschung gerechtfertigt? Schreibt uns eure Meinung gerne in die Kommentare.


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