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Forschung

Heiße Entdeckung: Jupiter mit Titanoxid

Bedeutsam für die Suche nach der zweiten Erde: Erstmals wurde ein metallenes Element in der Atmosphäre eines Exoplaneten gefunden

Der Weg des Sternenlichts durch die Atmosphäre von WASP-19b: Wenn der Planet vor seinem Stern vorbeizieht, hinterlässt das Sternenlicht einen charakteristischen „Fingerabdruck“ im Licht
Lupe [1]

Auf WASP-19b hat ein Tag nur 19 Stunden. So lange braucht der Planet, um seine Sonne zu umkreisen. Doch er ist unbewohnbar. Denn selbst für Sonnenanbeter wäre es zu heiß auf WASP-19b, nämlich ungefähr 2000 Grad Celsius. Außerdem ist er ein aufgeblähter Gas-Riese – etwa wie unser Jupiter, nur viel größer – und umkreist seine Sonne WASP-19 im Sternbild „Schiffssegel“ rund 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt. Doch etwas zeichnet ihn vor allen bisher gefundenen Exoplaneten aus: In seiner Atmosphäre hat ein internationales Wissenschaftlerteam um Dr. Elyar Sedaghati erstmals Titanoxid nachgewiesen, ein schwereres metallenes Element.

Vor rund 20 Jahren wurde der erste Exoplanet gefunden, ein Planet, der um einen Stern außerhalb unseres Sonnensystems kreist. Inzwischen hat man fast 4000 weitere entdeckt. Mehrere Methoden zum Auffinden solcher Exoplaneten sind entwickelt worden. Eine sehr erfolgreiche davon ist die „Transitmethode“, mit der man minimale Lichtschwankungen beobachtet, die entstehen, wenn ein Planet an seiner Sonne vorbeizieht. Der nächste Schritt ist es, die einzelnen Planeten näher zu charakterisieren. Dabei gilt es, herauszufinden, ob sie von einer Atmosphäre umgeben sind und wie diese beschaffen ist, welche Elemente und Stoffe dort vorkommen, ob sie in einer habitablen, also bewohnbaren Zone liegen und welche möglichen weiteren Eigenschaften nachzuweisen sind. Bislang hat man mit aufwendigen Messmethoden bereits leichtere Elemente wie Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff sowie Natrium und Kalium nachweisen können. Nun ist es einer Forschergruppe um den DLR-Nachwuchswissenschaftler Dr. Elyar Sedaghati gelungen, zum ersten Mal mit dem Molekül Titanoxid ein schwereres Element in der Atmosphäre eines sogenannten „Heißen Jupiter“ zu identifizieren und dieses Ergebnis in der Zeitschrift „Nature“ zu publizieren. Elyar Sedaghati schloss im Juni im Zentrum für Astronomie und Astrophysik der TU Berlin seine Promotion ab, bei Prof. Dr. Heike Rauer, die ebenfalls an der Studie mitgewirkt hat.

Für ihre Beobachtungen benutzten die Wissenschaftler das 8,2-Meter-Teleskop „VLT“ (Very Large Telescope) der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile. „Solche Moleküle zu detektieren ist keine einfache Sache“, erklärt Elyar Sedaghati. „Wir haben zwei Jahre am ESO damit verbracht, Millionen von Einzelspektren in allen Wellenlängen des sichtbaren Lichts zu sammeln und mit aufwendigen Methoden auszuwerten. Drei Transits konnten wir zwischen dem 11. November 2014 und dem 29. Februar 2016 beobachten. Das Titanoxid in der Atmosphäre verriet sich schließlich als Dunst, der das Sternenlicht stark streut.“ Durch die winzigen Veränderungen in der Lichtmenge und im Lichtspektrum eines Sterns hinterlässt ein Planet einen regelrechten „Fingerabdruck“, durch den auf bestimmte Charaktereigenschaften geschlossen werden kann.

Wenn im Jahr 2026 das Weltraumteleskop PLATO der europäischen Weltraumorganisation ESA an den Start geht – das Baukonsortium wird ebenfalls von Professor Heike Rauer (DLR und TU Berlin) geleitet –, werden Messmethoden wie die von Elyar Sedaghati von immenser Bedeutung sein. Sie liefern den Schlüssel dazu, Gesteinsplaneten mit Atmosphären zu finden, die sich in der lebensfreundlichen Zone eines Sterns befinden.    

www.nature.com/nature/journal/v549/n7671/full/nature23651.html [2]

Patricia Pätzold, "TU intern" 10. November 2017
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