Dampfender Exo-Neptun

Die Untersuchung der Strahlung, die uns von fremden Himmelskörpern erreicht, spielt bei der Exoplaneten-Forschung die zentrale Rolle. Mithilfe der Transmissions-Spektroskopie konnten Astronomen sowohl atomare als auch molekulare Absorptionen in den Atmosphären jupitergroßer Planeten nachweisen. Beim Transit eines Exoplaneten vor seinem Stern geht ein Teil des Sternenlichts durch die Atmosphäre des Planeten hindurch. Signifikante Linienabsorption durch atmosphärische Bestandteile führt daher dazu, dass der Planet bei einer Beobachtung in genau dieser Spektrallinie größer erscheint, da er bei dieser Wellenlänge mehr Licht absorbiert. Während das Verfahren bei jupitergroßen Planeten erfolgreich funktioniert, hat es bislang bei kleineren neptunähnlichen Himmelskörpern kein Ergebnis geliefert: Die Transmissions-Spektren von insgesamt vier untersuchten Exo-Neptuns zeigen keine Absorptionslinien. Die Ursache sind, so vermuten die Astronomen, dicke Wolkendecken: Diese verhindern den Durchgang des Sternenlichts durch die Atmosphären, somit gibt es auch keine verräterische Absorption.

Jonathan Fraine von der University of Maryland und seine Kollegen berichten jetzt jedoch von der ersten erfolgreichen Anwendung der Transmissions-Spektroskopie bei einem Exo-Neptun. Ihre Beobachtungen des 124 Lichtjahre entfernten Planeten mit den Weltraumteleskopen Hubble und Spitzer zeigen eindeutig die Absorption durch Wasserdampf bei einer Wellenlänge von 1,4 Mikrometern. Die Stärke der Absorption entspricht einem Wasseranteil von 250 ppm bei einer nahezu durchsichtigen Atmosphäre, die überwiegend aus Wasserstoff besteht. HAT-P-11b ist etwa viermal so groß wie die Erde, enthält aber die 26-fache Masse. Er umkreist mit einer Periode von knapp fünf Tagen einen Zwergstern vom Spektraltyp K4 in einem Abstand von nur 0,05 Astronomischen Einheiten, also 7,5 Millionen Kilometern. Die Oberflächentemperatur des Planeten liegt bei etwa 600 Grad Celsius.

HAT-P-11b ist damit der bislang kleinste und kühlste Planet, bei dem Wasserdampf in der Atmosphäre nachgewiesen werden konnte. Aus den früheren, erfolglosen Versuchen hatten die Astronomen den Schluss gezogen, dass die meisten kleineren, warmen Planeten in dichte Wolken gehüllt sind. Das scheint jedoch zumindest für HAT-P-11b nicht der Fall zu sein. Die Beobachtung von weiteren neptunähnlichen Planeten muss nun zeigen, welcher Anteil dieser Himmelskörper wolkenverhangen ist – und worin sich diese Planeten von ihren Gegenstücken mit wolkenlosem Himmel unterscheiden.

Aus ihren Messungen schließen Fraine und seine Kollegen weiterhin auf einen Anteil an schweren Elementen in der Atmosphäre von HAT-P-11b, der maximal dem 700-Fachen des solaren Werts entspricht. Das sei in guter Übereinstimmung mit den Vorhersagen der Kern-Akkretions-Theorie für die Planetenentstehung. Danach entstehen zunächst Planetenkerne aus Gestein oder Eis, die dann durch Akkretion von Gas aus der protoplanetarischen Scheibe eine ausgedehnte Atmosphäre aufbauen.

Rainer Kayser

PH