Forscher, die das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA nutzen, haben frühere Annahmen über den Exoplaneten WASP-39 b bestätigt, der gebunden ist und eine ewige Morgen- und Abendatmosphäre hat. WASP-39 b, ein Gasriese mit einem Durchmesser, der 1,3-mal größer als der von Jupiter ist, und einer Masse ähnlich der von Saturn, umkreist einen Stern etwa 700 Lichtjahre von der Erde entfernt. Eine Seite des Planeten ist ständig dem Licht ausgesetzt, während die andere Seite ständig im Dunkeln liegt.

Mit dem NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) von Webb haben Astronomen einen signifikanten Temperaturunterschied zwischen der Morgen- und der Abendseite des Planeten entdeckt. Die Abendseite ist um etwa 300 Grad Fahrenheit (etwa 200 Grad Celsius) wärmer als die Morgenseite. Darüber hinaus haben Forscher Unterschiede in der Wolkenbedeckung festgestellt, wobei die Morgenseite wolkenreicher ist als die Abendseite.

Das Team verwendete ein Transmissionsspektrum von 2 bis 5 Mikrometern, um den Terminator zu untersuchen, die Grenze, die die Tag- und Nachtseite des Planeten trennt. Das Transmissionsspektrum wird durch den Vergleich des durch die Planetenatmosphäre gefilterten Sternenlichts, während sich der Planet vor dem Stern bewegt, mit dem ungefilterten Sternenlicht, das erkannt wird, wenn sich der Planet neben dem Stern befindet, erstellt. Diese Technik ermöglicht es, Informationen über die Temperatur, die Zusammensetzung und andere Eigenschaften der Planetenatmosphäre zu erhalten.

Néstor Espinoza, ein Exoplanetenforscher am Space Telescope Science Institute und Hauptautor der Studie, erklärte: “WASP-39 b ist zu einer Art Referenzplanet bei der Untersuchung von Exoplanetenatmosphären mit Webb geworden. Seine aufgeblähte Atmosphäre liefert ein starkes Signal vom Sternenlicht, das durch die Planetenatmosphäre gefiltert wird.”

Frühere Forschungen hatten das Vorhandensein von Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Wasserdampf und Natrium in der Atmosphäre von WASP-39 b gezeigt. Die neue Analyse teilt die Terminatorregion in zwei Teile, Morgen und Abend, wobei der Abendteil deutlich wärmer ist, bei glühenden 1.450 Grad Fahrenheit (800 Grad Celsius), während der Morgenteil relativ kühler ist, bei 1.150 Grad Fahrenheit (600 Grad Celsius).

Weitere Modellierungen ermöglichten es den Forschern, die Struktur der Atmosphäre, die Wolkenbedeckung und die Gründe für die Temperaturunterschiede zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass Winde, die über den Planeten wehen, eine Schlüsselrolle bei der Umverteilung der Wärme spielen. Heiße Gase von der Tagseite strömen zur Nachtseite und erzeugen starke äquatoriale Jetstreams, die den Temperaturunterschied zwischen der Morgen- und Abendseite weiter verstärken.

Diese Analyse liefert dreidimensionale Informationen über den Planeten, die zuvor nicht verfügbar waren. Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Nature, stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Exoplanetenforschung dar und demonstrieren die Fähigkeiten des James-Webb-Teleskops, die Geheimnisse von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu lösen.

Forscher werden nun dieselbe Methode anwenden, um atmosphärische Unterschiede anderer gebundener heißer Jupiter als Teil des Webb Cycle 2 General Observers Program 3969 zu untersuchen. WASP-39 b war eines der ersten Ziele, die Webb analysierte, als es 2022 mit den regulären wissenschaftlichen Operationen begann.

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA ist das fortschrittlichste Weltraumobservatorium der Welt, das darauf ausgelegt ist, die Geheimnisse unseres Sonnensystems zu lösen, ferne Welten um andere Sterne zu erforschen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge des Universums zu studieren.

Neue Perspektiven der atmosphärischen Analyse
Dank der äußerst empfindlichen Instrumente von Webb können Forscher nun detaillierte chemische Profile von Exoplaneten erstellen, einschließlich der Entdeckung neuer Moleküle wie Schwefeldioxid. Diese Entdeckungen ermöglichen ein tieferes Verständnis der Dynamik von Exoplanetenatmosphären und ihrer Klimasysteme.

Natalie Batalha, Astronomin an der University of California, Santa Cruz, betont die Bedeutung dieser Daten: “Diese Art von Daten ist bahnbrechend. Sie ermöglicht uns Einblicke in atmosphärische Prozesse auf eine Weise, die zuvor nicht möglich war.” Die Fähigkeit von Webb, Spektren im Infrarotbereich zu analysieren, eröffnet neue Möglichkeiten zur Erforschung von Exoplaneten, einschließlich kleinerer, felsiger Planeten wie derjenigen im TRAPPIST-1-System.

Forscher hoffen, dass weitere Studien ein besseres Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Exoplaneten ermöglichen und wie sie sich mit unserem eigenen Sonnensystem vergleichen lassen. JWST wird in den kommenden Jahrzehnten wertvolle Daten zur Vielfalt von Exoplanetensystemen liefern, was zu unserem Wissen über das Universum und unseren Platz darin beitragen wird.

All diese Erkenntnisse bestätigen, dass das James-Webb-Weltraumteleskop ein Schlüsselwerkzeug für zukünftige astronomische Forschungen ist, das beispiellose Details liefert und neue Entdeckungen ermöglicht, die unser Verständnis des Universums verändern.

Quelle: National Aeronautics and Space Administration