Die erste Messung eines transitierenden Exoplaneten im Röntgenlicht

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Künstlerische Darstellung von HD 189733b, der erste Exoplanet, der beim Passieren vor seinem Heimatstern mit Röntgenstrahlung aufgenommen wurde. Mit den Observatorien Chandra und XMM Newton wurde ein kleiner Abfall in der Röntgenintensität beobachtet, als der Exoplanet vor seinem Heimatstern vorbeizog. Das Hauptbild zeigt den sonnenähnlichen Stern HD 189733, umkreist von einem Exoplaneten, der etwa die Größe des Jupiters hat. Dieser „heiße Jupiter“ ist seinem Stern über 30 Mal näher als die Erde der Sonne und umrundet ihn einmal alle 2.2 Tage. (Außerdem ist ein lichtschwacher roter Begleitstern dargestellt, der erstmals im Röntgenlicht entdeckt wurde.) Der Einschub zeigt die Chandra-Aufnahme. NASA und Chandra X-ray Observatory

 

Etwa 940 Exoplaneten (Planeten um andere Sterne als unsere Sonne) sind entdeckt und bestätigt worden, seit der erste vor über zehn Jahren aufgespürt wurde. Forscher sind seitdem ständig beschäftigt, die physikalischen Eigenschaften dieser Körper zu bestimmen und nachzustellen. Da viele dieser Exoplaneten nah an ihrem Heimatstern gefunden werden (im Gegensatz zu Planeten im Sonnensystem), sind sie starker Strahlung ausgesetzt, die ihre Atmosphäre beeinflussen kann – wenn sie eine besitzen. Modelle sagen vorher, daß in einigen Fällen der einfallende Strahlungs-fluß genug Energie in die Atmosphäre des Planeten bringen kann, um sie anschwellen oder sogar verdampfen zu lassen. Es wird vermutet, daß dieser Vorgang durch Röntgen- und extreme UV-Strahlung angetrieben wird, auch wenn die Astronomen bei den Einzelheiten unterschiedlicher Meinung sind.

Ein sogenannter “heißer Jupiter” ist ein Exoplanet von ungefähr der Größe Jupiters und seinen Heimatstern in einem viel geringeren Abstand umkreist als Merkur die Sonne im Sonnensystem. Daher wurden, nicht überraschend, die ersten beobachteten Hinweise auf ausgedehnte planetare Atmosphären – und ihre mögliche Verdampfung – bei heißen Jupitern gefunden. HD 189733b, ein heißer Jupiter, ist ein hervorragender Kandidat zur Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten, da er uns mit nur 64 Lichtjahren ziemlich nah liegt. Mit etwa 1.138 Jupitermassen umkreist der Planet seinen Stern einmal in 2.22 Tagen.

Die beiden CfA-Astronomen Katja Poppenhaeger und Scott Wolk sowie J. H. M. M. Schmitt von der Hamburger Sternwarte überwachten mit dem Chandra-Röntgen-Observatorium und dem Satelliten XMM Newton die Transits von HD 189733b im Röntgenlicht. Im sichtbaren Bereich des Lichts verursacht der Transit dieses Exoplaneten einen Abfall des Sternlichts um 2.41%. Zu ihrer Überraschung entdeckten die Astronomen, daß im Röntgenbereich der Transit einen drei- bis vierfach stärkeren Lichtabfall verursachte. Es ist möglich, daß die Ursache für diese große Abschwächung darin liegt, daß der Heimatstern einen Röntgenstrahlung emittierenden, heißen Fleck besitzt, der kleiner als die optische Sternscheibe ist. Aber nachdem die Forscher diese und andere Möglichkeiten untersucht hatten, kommen sie zu dem Schluß, daß die Alternative wahrscheinlicher ist. Die Atmosphäre des Exoplaneten ist infolge der starken Strahlung aufgebläht; auch wenn die Atmosphäre im Optischen durchsichtig ist und für den Lichtabfall beim Transit nur eine kleine Rolle spielt, ist sie für Röntgenstrahlen undurchlässig und blockiert somit mehr von der Röntgenstrahlung des Sterns. Die Entdeckung erweitert unsere Kenntnis darüber, wie Atmosphären von Exoplaneten aufgeheizt werden und ist Wegbereiter einer künftigen Röntgenerforschung der Pfade, auf denen ein Stern die Atmosphäre des Planeten beeinflussen kann.

Literatur:
„Transit observations of the hot Jupiter HD 189733b at x-ray wavelengths“
K. Poppenhaeger, J. H. M. M. Schmitt, and S. J. Wolk
The Astrophysical Journal, 773:62 (16pp), 2013 August 10

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