Erstmals nachgewiesen: Helium in der Atmosphäre eines Exoplaneten

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Bildquelle: Nasa

Die Atmosphäre des 200 Lichtjahre entfernten Planeten WASP-107b besteht zu einem großen Teil aus Helium. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Astronomenteams mit dem Weltraumteleskop Hubble. Helium ist das zweithäufigste Element im Kosmos, doch bislang waren alle Versuche erfolglos, das Edelgas in der Lufthülle von Exoplaneten nachzuweisen. WASP-107b umkreist seinen Stern auf einer sehr engen Umlaufbahn. Die intensive Strahlung des Sterns bläht die Atmosphäre des Planeten auf und lässt sie ins All abströmen, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Helium ist der Hauptbestandteil der Gasriesen in unserem Sonnensystem“, schreiben Jessica Spake von der University of Exeter in Großbritannien und ihre Kollegen. „Deshalb sollte Helium theoretisch zu den am leichtesten nachweisbaren Stoffen in den Atmosphären von Exoplaneten zählen.“ Das gelte insbesondere für Riesenplaneten auf engen Umlaufbahnen mit aufgeblähten Atmosphären. Bisherige Versuche, Helium bei solchen Exoplaneten durch Beobachtungen im ultravioletten Bereich nachzuweisen, sind jedoch gescheitert. Lediglich ausgedehnte Atmosphären aus Wasserstoff – dem häufigsten Element im Kosmos – konnten in einigen Fällen nachgewiesen werden.

Spake und ihre Kollegen wichen nun in den leichter zugänglichen Infrarot-Bereich aus, in dem Helium sich durch Absorption in einem metastabilen Zustand verraten kann. Tatsächlich stießen sie bei ihren Beobachtungen eines Transits des Exoplaneten WASP-107b mit dem Weltraumteleskop Hubble auf ein starkes Signal. Der Planet umkreist seinen Stern mit einer Umlaufzeit von nur sechs Tagen, ist etwa so groß wie Jupiter, besitzt aber lediglich zwölf Prozent von dessen Masse. Bei einem Transit wandert der Planet von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorüber. Ein Teil des Sternenlichts durchquert die Atmosphäre des Planeten und die Gase der Atmosphäre hinterlassen charakteristische Absorptionslinien Im Spektrum des Sternenlichts.

Aus der Stärke der Absorption durch Helium schließen Spake und ihre Kollegen, dass die etwa 500 Grad Celsius heiße Atmosphäre von WASP-107b stark ausgedehnt ist und langsam ins All abströmt. Vermutlich ziehe der Planet einen kometenartigen Schweif aus Gas hinter sich her, so die Forscher. Innerhalb einer Milliarde Jahre könne der Planet so einige Prozent seiner Gesamtmasse verlieren. Die Beobachtungen im Infrarot-Bereich bieten damit eine neue Möglichkeit, Informationen über den Aufbau und die Entwicklung der Atmosphären von Planeten bei anderen Sternen zu gewinnen.

Quelle: dx.doi.org/10.1038/s41586-018-0067-5

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