Helium in einer exoplanetaren Atmosphäre (Originalartikel vom 11.05.2018)

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Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Eine künstlerische Darstellung des Exoplaneten WASP-107b. Wissenschaftler werteten Hubble-Beobachtungen dieses Objekts aus, um die erste Messung von Helium in einer exoplanetaren Atmosphäre zu erzielen. ESA / Hubble, NASA, M. Kornmesser

 

Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum und ein beträchtlicher Bestandteil der Gasriesen in unserem Sonnensystem. Im Gegensatz dazu ist Helium in der Erdatmosphäre selten und stellt weniger als ungefähr eintausendstel von einem Prozent an Luft. Es ist sogar um das zehnfache seltener als Neon, das kosmologisch nur das fünfthäufigste Element ist. Man vermutet, daß der Grund für die verschiedenen relativen Häufigkeiten von Helium auf Planeten in ihrem Entstehungsprozeß liegt: die Gasriesen bildeten sich in der kälteren äußeren Teilregion des jungen Sonnensystems, die reich an dem anfänglichen Gas war, während sich die Erde weiter innen aus steinigem Material formte, und soweit die Erde irgendwelches Helium besitzt, kommt dieses vom radioaktiven Zerfall schwerer Elemente in den Gesteinen der Erde.

Helium sagt man nach, daß es zu den am leichtesten meßbaren Teilchen in den Atmosphären von Exoplaneten gehört, besonders in ausgedehnten und verdampfenden Atmosphären. Doch ist die Suche nach Helium bis jetzt erfolglos geblieben. Die CfA-Astronomen Antonija Oklopcic, Laura Kreidberg, Jonathan Irwin und David Charbonneau gehörten zu einem Team, das in der in dieser Woche erscheinenden Zeitschrift Nature die erste überzeugende Messung von Helium in einem Exoplaneten, dem warmen Gasriesen WASP-107b, veröffentlichte. Dieses Objekt umkreist seinen Stern alle 5.7 Tage und ist einer der Planeten mit der geringsten bekannten Dichte, mit einem Radius ähnlich dem des Jupiter (ungefähr 94% der Jupitergröße), aber einer viel geringeren Masse (nur etwa 12%).

Das Team nutzte das Hubble-Weltraum-Teleskop, um ein eng begrenztes Absorptionsmerkmal des Heliums im Infrarotspektrum von WASP-107b während eines seiner Transits zu messen. Die Stärke des Absorptionssignals spricht dafür, daß dieser Exoplanet eine ausgedehnte Atmosphäre besitzt und diese mit einer Rate verdampft, die hoch genug sein dürfte, um einen kometenartigen Schweif hervorzubringen. Es gibt Anhaltspunkte dafür, daß der atmosphärische Massenverlust einen Großteil der Zusammensetzung eines Exoplaneten beträchtlich verändern kann und derlei mögliche Effekte zu normieren ist für das Verständnis der Beobachtungen und die daraus zu ziehenden Schlüsse für seine Bildung wichtig. Die neuen Messungen an WASP-107b liefern einen wichtigen anschaulichen Hinweis auf diese Prozesse. Mit diesem Ergebnis ist auch zum ersten Mal eine Atmosphäre mit einer Spektrallinie im Infraroten gemessen worden.

Literatur:
„Helium in the Eroding Atmosphere of an Exoplanet“
J. J. Spake, D. K. Sing, T. M. Evans, A. Oklopčić, V. Bourrier, L. Kreidberg, B. V., Rackham, J., Irwin, D. Ehrenreich, A. Wyttenbach, H. R. Wakeford, Y. Zhou, K. L., Chubb, N., Nikolov, J. Goya, G. W. Henry, M. H. Williamson, S. Blumenthal, D., Anderson, C., Hellier, D. Charbonneau, S. Udry, and N. Madhusudhan
Nature 557, 68, 2018

oder

arXiv1805.01298v1 [astro-ph.EP] 3 May 2018