Spuren von Sauerstoff auf 4000 Grad heißem Exoplaneten entdeckt

In der glühend heißen Atmosphäre des Exoplaneten KELT-9b wurden Spuren von Sauerstoff entdeckt. Der vor wenigen Jahren aufgespürte Gasriese befindet sich 650 Lichtjahre von uns entfernt. Er wird von seinem Mutterstern extrem bestrahlt, was ihn zum heißesten bekannten Exoplaneten macht, teilte das Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Wissenschaften mit, dessen Forschende an der jüngsten Publikation im Journal "Nature Astronomy" mitwirkten.

Zu heiß für Glühfäden

Exoplaneten sind Planeten in den Weiten des Weltalls, die andere Sterne als unsere Sonne umkreisen. Seit die ersten extrasolaren Planeten vor etwas mehr als zwei Jahrzehnten entdeckt wurden, hat die Wissenschaft versucht, ihre Atmosphären zu charakterisieren. Auf dem Exoplaneten KELT-9b, der sehr nahe um seinen heißen und hellen Stern kreist und ihm dabei immer die gleiche Seite zeigt, werden Temperaturen von über 4.000 Grad Celsius erreicht. Diese Werte sind so hoch, dass sogar ein Metall wie Wolfram - das üblicherweise in unseren Glühbirnen verwendet wird - schmelzen würde. Bei solchen Temperaturen können elementare Moleküle wie Wasser, Kohlendioxid und Methan nicht existieren - und auch kein Leben, wie wir es kennen.

Simulationen liefern korrekte Vorhersagen

Die extremen Bedingungen machen KELT-9b gleichzeitig so interessant und Wissenschafterinnen und Wissenschafter wollen die Natur eines so heißen und eigenartigen Objekts verstehen und herausfinden, warum der Planet in der Nähe seines Muttersterns nicht überhaupt gleich verdampft. Mit dem Ziel, die Eigenschaften von KELT-9b besser zu charakterisieren, entdeckte das internationale Team unter wesentlicher Beteiligung von Grazer Forschern schließlich "Fingerabdrücke" von atomarem Sauerstoff im Spektrum des Planeten. Damit sei laut Mitteilung der erste eindeutige Nachweis von Sauerstoffatomen in der Atmosphäre eines Exoplaneten überhaupt geglückt.

Die Idee für den Nachweis lieferten neue Simulationen der Planetenatmosphäre, die von Luca Fossati vom IWF in Graz geleitet wurden. Die Forschenden haben ein Computermodell entwickelt, das die Atmosphären heißer Exoplaneten simulieren kann. Damit lassen sich Eigenschaften der äußersten Exoplaneten-Atmosphären am Computer nachbilden und ihre Struktur, Zusammensetzung und Temperatur genauer als bisher vorhersagen. Die aus den Simulationen für KELT-9b gewonnenen Daten stimmten nicht nur mit früheren Beobachtungen anderer chemischer Elemente - wie Wasserstoff - in seiner Atmosphäre überein, sondern deuteten auch auf den möglichen Nachweis von Sauerstoffatomen hin. Das hat das Team schließlich dazu bewogen, tatsächlich danach zu suchen.

Winde mit 40.000 km/h

Das Team analysierte frühere Beobachtungen des Planeten, die mit dem 3,6-Meter-Teleskop des Calar-Alto-Observatoriums in Spanien gemacht wurden. "Unsere Ergebnisse bestätigten die Vorhersage des theoretischen Modells: Die Sauerstoffspuren waren von Anfang an vorhanden, wurden aber in früheren Analysen übersehen", so die Forscher. Das Modell habe nicht nur ihr Vorhandensein vorhergesagt, es stimmte auch überraschend gut mit den Beobachtungen überein. Die Forschenden zeigen sich daher überzeugt, dass die Physik, auf der die Simulationen basieren, die Realität heißer Atmosphären von Exoplaneten in einem noch nie erreichten Ausmaß abbildet.

Bei den Temperaturen auf der Oberfläche ist das Vorhandensein von Leben auf KELT-9b ausgeschlossen. Die bisherigen Ergebnisse würden auch zeigen, dass KELT-9b im Laufe der Zeit etwas Gas aus seiner heißen Atmosphäre verliert, es bestehe jedoch keine Gefahr, dass er in absehbarer Zeit verdampft. Seine Nähe zum Mutterstern führe laut den Forschern jedoch zu starken Turbulenzen und stürmischen Winden in seiner Atmosphäre. Die Beobachtungen würden darauf hindeuten, dass Windgeschwindigkeiten bis zu 40.000 Kilometer pro Stunde erreicht werden können. Im Vergleich dazu betragen die stärksten auf der Erde gemessenen Windgeschwindigkeiten etwa 400 Kilometer pro Stunde.

Meilenstein in der Exoplanetenforschung

Die Übereinstimmung zwischen dem Modell und den Beobachtungen wurde als ein Meilenstein in der Erforschung von Planeten außerhalb des Sonnensystems umschrieben. "Wir wissen jetzt, dass wir realistische Modelle von Exoplaneten erstellen und die Atmosphären der heißesten Exoplaneten deutlich besser verstehen können", betonte Fossati. Ähnliche Beobachtungen der Atmosphären kleinerer, kühlerer Planeten sind zwar noch nicht möglich, werden es aber eines Tages sein. "Wir betrachten diese Arbeit als Generalprobe für die künftige Suche nach Sauerstoff in den Atmosphären verschiedener Planeten in der Galaxie, einschließlich kleinerer, möglicherweise bewohnbarer, erdähnlicher Welten", schloss der Wissenschafter.