Exoplanets

AAS Nova berichtet über einen „Super-Puff“-Exoplaneten, der fast 15-mal weniger dicht ist als Jupiter.

Astronomen haben einen seltsamen Exoplaneten mit einer extrem geringen Schüttdichte entdeckt – fast 15-mal weniger dicht als Jupiter und 60-mal weniger dicht als die Erde. Das erste Spektrum der Atmosphäre dieses Planeten gibt Hinweise auf die Ursache dieser ungewöhnlichen Eigenschaft.

Eine Visualisierung von HIP 41378 f, einem Gasplaneten, der 347 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Exoplaneten-Katalog der NASA

Ein außergewöhnlicher Exoplanet

HIP 41378 f ist mit nur 0,09 Gramm pro Kubikzentimeter einer der am wenigsten dichten bekannten Exoplaneten, aber es ist noch nicht klar, warum dieser Planet so locker gepackt ist. HIP 41378 f könnte ein Beispiel für eine seltene Klasse von Exoplaneten namens Super-Puffs sein, die aufgrund ihrer Masse weit mehr Gas enthalten als erwartet. Andererseits könnte die geringe Schüttdichte des Planeten nur ein Trick der Lichtkurve sein – wenn der Planet Ringe hat, könnte sein Radius künstlich groß erscheinen und seine berechnete Schüttdichte verringern.

zwei schwach geschwungene weiße Linien vor einem schwarzen Hintergrund mit weißen SternenVoyager 2 hat diese Aufnahme von Neptuns Ringen im Jahr 1989 aufgenommen. Aufgrund seiner Entfernung von seinem Zentralstern hätte HIP 41378 wahrscheinlich Ringe, die eher steinig als die von Neptun und nicht eisig wie die von Saturn sind. NASA / JPL

Beide Möglichkeiten sind aufregend, da wir nur eine Handvoll Super-Puff-Planeten entdeckt haben und Ringe um einen Exoplaneten noch nicht endgültig entdeckt haben. Jetzt hat ein Team unter der Leitung von Munazza Alam (Carnegie Earth & Planets Laboratory and Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian) das erste Nahinfrarot-Übertragungsspektrum der Atmosphäre von HIP 41378 f gesammelt, um diesen ungewöhnlichen Planeten besser zu verstehen.

Dieses Transmissionsspektrum eines Exoplaneten zeigt, welche Wellenlängen die Atmosphäre des Planeten absorbiertTransmissionsspektrum für HIP 41378 f (schwarze Kreise) im Vergleich zu Modellergebnissen (farbige Linien). Die drei Tafeln zeigen die gleichen Daten und Modelle über drei verschiedene Wellenlängenbereiche. Alamet al. 2022

Puffy Planet, Rocky Rings oder etwas anderes?

Alam und Mitarbeiter verwendeten das Hubble-Weltraumteleskop, um das Licht zu messen, das durch die Atmosphäre von HIP 41378 f gefiltert wird, während der Planet seinen 19-stündigen Transit über das Antlitz seines Muttersterns macht. Das Team fand heraus, dass das Spektrum von HIP 41378 f nahezu strukturlos ist, da ihm die charakteristischen Einbrüche fehlen, die die Absorption von Licht durch Moleküle in der Atmosphäre signalisieren.

Anhand eindimensionaler Atmosphärenmodelle konnten die Autoren eine klare, wasserstoff- und heliumreiche Atmosphäre ausschließen. Sie fanden jedoch heraus, dass das nahezu flache Spektrum des Planeten mit mehreren Szenarien übereinstimmt: HIP 41378 f könnte eine Atmosphäre haben, die außergewöhnlich reich an Elementen ist, die schwerer als Helium sind, eine Dunstschicht oder Ringe. Im Falle des Ringplaneten berechneten die Autoren, dass der wahre Radius von HIP 41378 f etwa 60 % kleiner wäre als die aktuelle Schätzung, was zu einer Schüttdichte von 1,2 Gramm pro Kubikzentimeter führen würde, was ungefähr der Dichte von Jupiter und Uranus entspricht.

Transitmöglichkeiten

Das Fehlen von Spektralmerkmalen von HIP 41378 f bedeutet nicht, dass wir nicht mehr über die Atmosphäre des Planeten erfahren können. Die Messung des Transmissionsspektrums des Planeten bei längeren Wellenlängen könnte helfen, zwischen den Möglichkeiten zu unterscheiden, da eine dunstige Atmosphäre Transite unterschiedlicher Tiefe bei unterschiedlichen Wellenlängen induzieren würde, während das Vorhandensein von Ringen weniger Variationen erzeugen würde.

ein Liniendiagramm, das einen Rückgang der TTVs (Stunden) von 2015 bis 2025 zeigtFrühere und vorhergesagte Laufzeiten für HIP 41378 fAlam et al. 2022

Die Autoren untersuchten die Möglichkeit, HIP 41378 f mit JWST zu beobachten und stellten fest, dass die Infrarotinstrumente des Teleskops empfindlich genug sind, um zwischen den konkurrierenden Szenarien zu unterscheiden. Mit einer Umlaufzeit von ungefähr 1,5 Erdjahren wird es nur wenige Gelegenheiten geben, HIP 41378 f während der geplanten fünfjährigen Mission von JWST beim Transit vor seinem Mutterstern zu erwischen. Alam und Mitarbeiter nutzten den von ihnen beobachteten Zeitpunkt des Transits, um die Vorhersage für die zukünftigen Transite von HIP 41378 f zu aktualisieren; Ende 2022 und Mitte 2024 werden sich neue Möglichkeiten bieten, diese verlockende ferne Welt zu studieren!

Verweise

„Das erste Nahinfrarot-Übertragungsspektrum von HIP 41378 f, einer massearmen gemäßigten Jupiterwelt in einem Mehrplanetensystem“, Munazza K. Alam et al. 2022 ApJL 927 L5. doi:10.3847/2041-8213/ac559d


Dieser Beitrag erschien ursprünglich auf AAS Nova, das Forschungshighlights aus den Zeitschriften der American Astronomical Society enthält.

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