Die Auswirkung von Sternlicht auf die Atmosphären von Mini-Neptunen

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Künstlerischer Entwurf des Mini-Neptuns und Exoplaneten GJ 436b, der hinter seinem kleinen Heimatstern, der kälter als die Sonne ist, hervorschaut. Eine neue Arbeit analysiert den Effekt von ultravioletter Strahlung des Sterns auf die Atmosphäre von Mini-Neptunen und kommt zu dem Schluß, daß die Strahlung die Chemie beträchtlich verändert. Science @ NASA

 

Die Suche nach Exoplaneten führte zur Entdeckung der ersten Planeten in der Größenordnung zwischen 2 und 3.5 Erdradien – geringfügig kleiner als der Planet Neptun in unserem Sonnensystem. Solche Planeten, „Mini-Neptune“ genannt, sind bisher um fünf Sterne mit geringer Masse entdeckt worden, aber da Sterne mit geringer Masse die häufigsten Sterne im Universum sind und da Mini-Neptune um diese herum auch häufig sein sollten, erwarten Astronomen, viele weitere Mini-Neptune in der nahen Zukunft zu finden.

Da Sterne geringer Masse im Allgemeinen röter als die Sonne sind und niedrigere Oberflächentemperaturen besitzen, wird ein Großteil ihres Lichtes im optischen und nahen IR abgestrahlt. Einige dieser Sterne besitzen jedoch aktive Atmosphären und geben erhebliche Mengen an ultraviolettem Licht ab. Die ultraviolette Strahlung eines Sterns kann erhebliche Auswirkungen auf die Atmosphäre eines jeden umkreisenden Planeten durch Spaltung von Molekülen haben und dadurch die Chemie der Atmosphäre verändern. Astronomen haben diese Effekte für bestimmte Arten von Exoplaneten berechnet, aber der Fall der Mini-Neptune ist nie untersucht worden. Da es nun so aussieht, daß Mini-Neptune in großer Zahl möglich sind, haben Lisa Kaltenegger und Sarah Rugheimer vom CfA sowie zwei weitere Kollegen berechnet, was geschieht, wenn sie dem stellaren Ultraviolettfluß ausgesetzt sind und ihre Ergebnisse mit der Atmosphäre von einem der beobachteten Objekte, dem Mini-Neptun GJ 436b, verglichen; GJ 436 b ist ein recht kühler Exoplanet mit einer Oberflächentemperatur von ungefähr 640 Kelvin.

Man hält molekularen Wasserstoff für das häufigste Molekül in der Atmosphäre von GJ 436b, gefolgt von Wasser; das häufigste Molekül mit Kohlenstoff ist Methan, dem Kohlendioxid folgt. (Zum Vergleich: in massereicheren Exoplaneten ist das häufigste kohlenstoffhaltige Molekül das Kohlenmonoxid.) Die ultraviolette Strahlung des Sterns spaltet das Wasser und da Wasser ultraviolettes Licht hervorragend absorbiert, erlaubt seine Zerstörung der UV-Strahlung, tiefer in die unteren Schichten der Atmosphäre einzudringen; dies ändert erheblich den chemischen Aufbau, einschließlich der Häufigkeit von atomarem Sauerstoff. Die Wissenschaftler stellten fest, daß die obere Atmosphäre von Mini-Neptunen durch die ultraviolette Strahlung des Sterns beträchtlich verändert werden kann und zukünftige Untersuchungen müssen dies mitberücksichtigen, doch sind zusätzliche Beobachtungen an Mini-Neptunen notwendig, um die Schlußfolgerungen weiterzuentwickeln.

Literatur:
„The Effect of Lyman α Radiation on mini-Neptune Atmospheres around M stars: Application to GJ 436b“
Yamila Miguel, Lisa Kaltenegger, Jeffrey L. Linsky und Sarah Rugheimer
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 446, 345–353 (2015)