Blog

Jun 21, 2023

Mit einem gewaltigen Sprung wurde ein „Thermometer“-Molekül auf einem Exoplaneten gefunden

dottedhipp/iStock Mit der Anmeldung stimmen Sie unseren Nutzungsbedingungen und Richtlinien zu. Sie können sich jederzeit abmelden. Ein Team von Astronomen hat ein neues Werkzeug freigeschaltet, um die komplexen Atmosphären besser zu verstehen

dottedhipp/iStock

Mit der Anmeldung stimmen Sie unseren Nutzungsbedingungen und Richtlinien zu. Sie können sich jederzeit abmelden.

Laut einer kürzlich in The Astrophysical Journal Letters veröffentlichten Studie hat ein Team von Astronomen ein neues Werkzeug freigeschaltet, um die komplexe Atmosphäre von Exoplaneten besser zu verstehen.

Mithilfe hochauflösender Spektralbeobachtungen bestätigten sie erfolgreich das Vorhandensein von Chromhydrid (CrH) in der Atmosphäre des heißen Jupiter-Exoplaneten WASP-31b.

Chromhydrid, ein Molekül, das eine bemerkenswerte Empfindlichkeit gegenüber Temperaturschwankungen aufweist, hat sich seinen Ruf als „Thermometer für Sterne“ erworben, so die Co-Autorin der Astronomin Laura Flagg, wissenschaftliche Mitarbeiterin für Astronomie am College of Arts and Sciences der Cornell University. UNS

„Chromhydridmoleküle sind sehr temperaturempfindlich. Bei höheren Temperaturen sieht man nur Chrom allein. Und bei niedrigeren Temperaturen verwandelt es sich in andere Substanzen“, erklärte Flagg.

Dieses Molekül kommt nur in einem bestimmten Temperaturbereich von 1.200 bis 2.000 Grad Kelvin reichlich vor. Flagg hat zuvor die Kraft von Metallhydriden, einschließlich Chromhydrid, genutzt, um die Temperatur kühler Sterne und Brauner Zwerge zu messen.

Das Potenzial von Chromhydrid als Temperaturindikator für heiße Jupiter-Exoplaneten wurde durch frühere Forschungen mit niedriger Auflösung angedeutet. Diese aktuelle Studie markiert jedoch den ersten definitiven Nachweis eines Metallhydrids, insbesondere Chromhydrid, in der Atmosphäre eines Exoplaneten mit hoher Auflösung.

Diese Errungenschaft wird als bedeutender Fortschritt in unserem Verständnis der atmosphärischen Bedingungen massereicher Planeten außerhalb unseres Sonnensystems gefeiert.

Die Entdeckung liefert zwar keine neuen Erkenntnisse über den einzelnen Exoplaneten WASP-31b, begründet aber eine neuartige Methode zur Untersuchung ähnlicher Himmelskörper.

WASP-31b, 2011 entdeckt, umkreist einen F5-Stern mit einer schnellen Periode von 3,4 Tagen. Die Studie bestätigte nicht nur die Gleichgewichtstemperatur des Planeten von 1.400 Kelvin, sondern bestätigte auch, dass dieser Temperaturbereich mit den Bedingungen übereinstimmt, die das Vorhandensein von Chromhydrid begünstigen.

In ihrer Forschung untersucht Flagg mithilfe hochauflösender Spektroskopie die Atmosphären von Exoplaneten. Durch die Analyse des Lichts, das emittiert wird, wenn sich ein Planet neben seinem Stern befindet, und wenn er vor ihm vorbeizieht, kann Flagg auf das Vorhandensein bestimmter Elemente in der Atmosphäre des Planeten schließen.

Die Technik beruht auf der Tatsache, dass verschiedene Elemente Licht bei bestimmten Wellenlängen absorbieren und durchlassen.

„Wir können Tausende verschiedener Linien erhalten. Wir kombinieren sie mit verschiedenen statistischen Methoden, verwenden eine Vorlage – eine ungefähre Vorstellung davon, wie das Spektrum aussieht – und vergleichen sie mit den Daten und gleichen sie ab“, sagte Flagg in einem Pressemitteilung.

„Wenn es gut übereinstimmt, gibt es ein Signal. Wir haben alle verschiedenen Vorlagen ausprobiert, und in diesem Fall hat die Chromhydrid-Vorlage ein Signal erzeugt.“

Da Chromhydrid selbst im idealen Temperaturbereich selten ist, ist der Einsatz hochentwickelter Instrumente und Teleskope für seinen Nachweis erforderlich.

Die Forscher stützten sich auf hochauflösende Spektren aus Beobachtungen, die im Jahr 2022 im Rahmen der Exoplanets with Gemini Spectroscopy-Untersuchung mit dem GRACES-Spektrographen gemacht wurden.

Da diese Entdeckung den Weg für präzisere Temperaturmessungen und tiefere Einblicke in die Atmosphären von Exoplaneten ebnet, hofft Flagg, dass auch andere Forscher dazu inspiriert werden, ihre Daten auf der Suche nach Chromhydrid und anderen Metallhydriden zu durchsuchen.

Durch den Aufbau einer größeren Stichprobe könnten Wissenschaftler bedeutende Trends in der Atmosphäre entfernter Planeten aufdecken und so unser Verständnis der Vielfalt des Universums erweitern.

Die vollständige Studie wurde am 16. August in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht und kann hier gefunden werden.

Studienzusammenfassung:

Studien zur Atmosphäre von Exoplaneten werden oft durch Synergien mit Analoga von Braunen Zwergen bereichert. Allerdings müssen viele Schlüsselmoleküle, die häufig in Braunen Zwergen vorkommen, in der Atmosphäre von Exoplaneten noch bestätigt werden. Ein wichtiges Beispiel ist Chromhydrid (CrH), das häufig zur Messung der Atmosphärentemperaturen und zur Klassifizierung Brauner Zwerge in Spektraltypen verwendet wird. Kürzlich wurden vorläufige Hinweise auf CrH im niedrigaufgelösten Transmissionsspektrum des heißen Jupiter WASP-31b gemeldet. Hier präsentieren wir hochauflösende Beobachtungen des Transmissionsspektrums von WASP-31b von GRACES/Gemini North und UVES/Very Large Telescope. Wir weisen CrH mit einer Zuverlässigkeit von 5,6σ nach, was den ersten Metallhydridnachweis in einer Exoplanetenatmosphäre mit hoher spektraler Auflösung darstellt. Unsere Ergebnisse stellen einen entscheidenden Schritt zum Verständnis der Rolle von Metallhydriden in der Atmosphäre von Exoplaneten dar.