Astronomen entdecken das erste klare Signal von Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Exoplaneten

Heute wurde ein frühes – und aufregendes – wissenschaftliches Ergebnis des James Webb Space Telescope (JWST) bekannt gegeben: der erste eindeutige Nachweis von Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Exoplaneten. Dies ist der erste detaillierte Beweis für Kohlendioxid, der jemals auf einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems nachgewiesen wurde.

Der Planet trägt den Namen WASP-39b und ist ein Riese aus heißem Gas mit einer Masse, die etwa der des Saturn entspricht, und befindet sich in einer sehr engen Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern in 700 Lichtjahren Entfernung.

Der Planet wurde 2011 von entdeckt WASP-Konsortium (Wide Angle Search for Planets). Verwendung bodengestützter Teleskope, während der Planet vorbeizog oder vor seinem Wirtsstern vorbeizog.

Nachfolgende Beobachtungen des Exoplaneten mit den Weltraumteleskopen Hubble und Spitzer zeigten eine beträchtliche Menge Wasserdampf in seiner Atmosphäre sowie Natrium und Kalium. Doch nun hat die beispiellose Infrarotempfindlichkeit von JWST das Vorhandensein von Kohlendioxid auch auf diesem Planeten bestätigt.

„Der Grund dafür, dass wir CO nicht definitiv identifizieren konnten.“ ₂ „In der Atmosphäre von WASP-39 b war es bisher so, dass wir nie ein Teleskop hatten, das Spektren im richtigen Wellenlängenbereich erzeugen konnte“, sagte Eliza Kempton, außerordentliche Professorin für Astronomie an der University of Maryland, die Teil des Forschungsteams war, das diese Entdeckung machte.

„Diese Entdeckung zeigt uns, dass Webb sein Versprechen einlöst, eine transformative Einrichtung für astronomische Beobachtungen zu sein.“

„Dies war auch ein beispielloses Experiment in der offenen Wissenschaft, auf das wir sehr stolz sind“, sagte Natalie Batalha von der University of California in Santa Cruz, die das Team leitet.

„Über 300 Wissenschaftler aus der ganzen Welt nehmen daran teil“, sagte sie auf Twitter.

Der Artikel des Teams ist jetzt auf arXiv , es wurde aber auch zur Veröffentlichung in angenommen Natur und soll nächste Woche online erscheinen.

Kohlendioxid ist als Teil des Kohlenstoffkreislaufs natürlicherweise in der Erdatmosphäre vorhanden, wird aber auch durch menschliche Aktivitäten in zunehmendem Maße emittiert. Wissenschaftler glauben, dass der Nachweis von CO ₂ in der Atmosphäre einer anderen Welt ist ein wichtiger Schritt zur Suche nach chemischen Biotracern für außerirdisches Leben.

Die Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten war einer der mit Spannung erwarteten Forschungsbereiche des JWST. Das Forschungsteam nutzte den Nahinfrarotspektrographen (NIRSpec) des Teleskops für seine Beobachtungen von WASP-39 b.

In einer Pressemitteilung sagte Kempton, sie hätten eine frühe Version des Spektrums erhalten – bevor irgendjemand seine Merkmale beschriftet hatte – und das Vorhandensein von Kohlendioxid sei sofort offensichtlich gewesen.

„Die Form des Spektrums ist für jemanden wie mich, der beruflich die Atmosphäre von Exoplaneten modelliert, unverkennbar“, sagt sie sagte .

„Das unterscheidet sich stark von allen früheren Beobachtungen der Atmosphäre von Exoplaneten, bei denen wir normalerweise einen viel aufwändigeren Prozess durchliefen, bei dem wir viele verschiedene mögliche Atmosphärenmodelle mit den Daten verglichen, um uns davon zu überzeugen, dass wir ein bestimmtes Atom oder Molekül entdeckt haben.“ Für die Webb-Beobachtung von WASP-39 b wurde der CO ₂ sitzt einfach vor seinen Augen da und winkt: „Hallo!“ Ich bin hier!''

Das Spektrum der Atmosphäre des Exoplaneten zeigt einen kleinen „Hügel“ zwischen 4,1 und 4,6 Mikrometern. Kempton erklärte, dass noch nie zuvor ein anderes Observatorium so subtile Unterschiede in der Helligkeit so vieler einzelner Farben im Bereich von 3 bis 5,5 Mikrometern in einem Exoplaneten-Transmissionsspektrum gemessen habe.

„Der Zugang zu diesem Teil des Spektrums ist entscheidend für die Messung der Häufigkeit von Gasen wie Wasser und Methan sowie Kohlendioxid, von denen angenommen wird, dass sie in vielen verschiedenen Arten von Exoplaneten vorkommen“, heißt es in der Pressemitteilung sagte .

Am 10. Juli 2022 beobachtete das JWST WASP-39 acht Stunden lang, maß seine Helligkeit und wartete darauf, dass es vom Planeten WASP-39b in den Schatten gestellt wird. Dabei handelt es sich um die gleiche Transittechnik, die von den Kepler- und TESS-Missionen der NASA zur Suche nach Exoplaneten verwendet wird, mit einem wesentlichen Unterschied: Batalha erklärt auf Twitter .

„Kepler und TESS beobachten Transite in ‚weißem Licht‘, während JWST einen Transit in Hunderten von Farben gleichzeitig beobachten kann.“ „JWST kann dies tun, weil es mit Spektrographen ausgestattet ist, die weißes Licht in infrarote Regenbogenfarben streuen“, sagte sie sagte .

„Der Nachweis eines so deutlichen Kohlendioxidsignals auf WASP-39 b ist ein gutes Zeichen für die Erkennung von Atmosphären auf kleineren, erdgroßen Planeten.“

Während eines Transits wird ein Teil des Sternenlichts vom Planeten vollständig verdunkelt, was zu einer Abschwächung des Sternenlichts führt. Aber ein Teil des Lichts wird durch die Atmosphäre des Planeten übertragen.

Da verschiedene Gase unterschiedliche Farbkombinationen absorbieren, können Forscher kleine Unterschiede in der Helligkeit des durchgelassenen Lichts über ein Spektrum von Wellenlängen analysieren und genau bestimmen, woraus eine Atmosphäre besteht.

WASP-39 b umkreist seinen Stern sehr nahe – nur etwa ein Achtel der Entfernung zwischen der Sonne und Quecksilber – eine Umlaufbahn in etwas mehr als vier Erdentagen absolviert. Aufgrund der bekannten Atmosphäre und der häufigen Transite wusste das Team, dass WASP-39 b ein ideales Frühziel war.

„Es ist erstaunlich zu sehen, wie das NIRSpec-Instrument der ESA diese unglaublichen Daten so früh in der Mission produziert, obwohl wir wissen, dass wir die Datenqualität in Zukunft noch verbessern können.“ sagte Sarah Kendrew, ESA Webb MIRI Instrument and Calibration Scientist am Space Telescope Science Institute in Baltimore.

Das JWST-Team sagte, dass es wichtig sei, die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten zu verstehen, weil es uns etwas über den Ursprung des Planeten und seine Entwicklung verrate.

„Als wir die Daten zum ersten Mal sahen, war es, als würde wir ein Gedicht in seiner Gesamtheit lesen, während wir vorher nur jedes dritte Wort hatten.“ hinzugefügt Teammitglied Laura Kreidberg vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Deutschland.

„Diese ersten Ergebnisse sind erst der Anfang; „Die Early Release Science-Daten haben gezeigt, dass Webb eine hervorragende Leistung erbringt und kleinere und kühlere Exoplaneten (eher wie unsere eigene Erde) in seiner Reichweite sind.“

Und das Team hofft, dass diese frühe Veröffentlichung es anderen Teams ermöglichen und ermutigen wird, zusammenzuarbeiten und die Fülle an Daten zu teilen, die JWST jetzt zu produzieren beginnt.

„Ziel ist es, die Early Release Science-Beobachtungen schnell zu analysieren und Open-Source-Tools für die Wissenschaftsgemeinschaft zu entwickeln.“ erklärt Vivien Parmentier von der Universität Oxford im Vereinigten Königreich.

„Dies ermöglicht Beiträge aus der ganzen Welt und stellt sicher, dass aus den Beobachtungen der kommenden Jahrzehnte die bestmögliche Wissenschaft hervorgeht.“

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .