Das Weltraumteleskop CHEOPS, dessen wissenschaftliches Betriebszentrum an der Universität Genf (UNIGE) angesiedelt ist, liefert neue Informationen über den geheimnisvollen Exoplaneten WASP-76b. Dieser ultrahitze Riese zeichnet sich durch eine Asymmetrie zwischen der Menge des Lichts aus, das an seinem Ostterminator – der theoretischen Linie, die seine Nacht- von seiner Tagseite trennt – beobachtet wird, und der am Westterminator beobachteten Lichtmenge aus.
Jeder Ruhm ist einzigartig, abhängig von der Zusammensetzung der Planetenatmosphäre und den Farben des Lichts des leuchtenden Sterns. WASP-76 (der Stern von WASP-76b) ist ein Stern der Hauptreihe in Gelb und Weiß wie die Sonne, aber verschiedene Sterne erzeugen unterschiedliche Farben und Muster von Ruhm.
© ESA, Arbeit ausgeführt von ATG im Auftrag der ESA. CC BY-SA 3.0 IGO
Diese Besonderheit wäre auf einen "Ruhm", ein dem Regenbogen ähnliches Lichtphänomen, zurückzuführen, das auftritt, wenn das Licht des Sterns - die "Sonne", um die der Exoplanet kreist - von Wolken aus einer vollkommen einheitlichen Substanz reflektiert wird. Sollte diese Hypothese bestätigt werden, wäre es die erste Entdeckung dieses Phänomens außerhalb unseres Sonnensystems.
Diese Arbeiten, die in Zusammenarbeit mit der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und der Universität Bern (UNIBE) durchgeführt wurden, können in Astronomy & Astrophysics nachgelesen werden.
WASP-76b ist ein ultrahitze Gasriese. Er kreist zwölfmal näher um seinen Wirtsstern als Merkur um unsere Sonne und empfängt mehr als 4000 Mal die Strahlung der Sonne auf der Erde. "Der Exoplanet ist durch die intensiven Strahlungen seines Sterns 'aufgebläht'. Obwohl er 10% weniger Masse als unser Cousin Jupiter hat, ist er nahezu doppelt so groß", erklärt Monika Lendl, Assistenzprofessorin am Department für Astronomie der Naturwissenschaftlichen Fakultät der UNIGE und Mitautorin der Studie.
Seit seiner Entdeckung im Jahr 2013 wurde WASP-76b von Astronomen sorgfältig untersucht. Es entstand ein seltsam höllisches Bild. Eine Seite des Planeten ist immer auf seinen Stern gerichtet und erreicht Temperaturen von 2400 Grad Celsius. Stoffe, die auf der Erde zu Gestein werden würden, schmelzen und verdampfen, bevor sie sich auf der etwas kühleren Nachtseite kondensieren, was zu Eisenwolken führt, die als Eisenregen fallen.
Der entscheidende Beitrag von CHEOPS
Eine der überraschendsten Beobachtungen für Astronomen ist die Asymmetrie zwischen den beiden Terminatoren des Planeten. Der Terminator ist die imaginäre Linie, die die Tag- und Nachtseite eines Planeten trennt. Im Falle von WASP-76b zeigen Beobachtungen eine Zunahme der Lichtmenge auf dem Ostterminator des Planeten im Vergleich zum Westterminator.
Um dieses Rätsel zu lösen, haben die Astronomen nicht weniger als dreiundzwanzig Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop CHEOPS innerhalb von drei Jahren durchgeführt. Der von der Schweiz geleitete ESA-Satellit, dessen wissenschaftliches Betriebszentrum sich im Department für Astronomie der UNIGE befindet, hat zahlreiche sekundäre Finsternisse des Planeten beobachtet (wenn dieser hinter seinem Stern verschwindet) und mehrere Phasenkurven (kontinuierliche Beobachtung während einer vollständigen Umdrehung des Planeten).
Künstlerische Darstellung des Weltraumteleskops CHEOPS.
© ESA / ATG medialab
Durch die Kombination dieser neuen Daten mit denen anderer Teleskope (TESS, Hubble und Spitzer) konnten die Astronomen eine überraschende Hypothese aufstellen, um den überschüssigen Lichtfluss auf der Ostseite des Planeten zu erklären: "Dieser unerwartete Schimmer könnte durch eine starke, lokalisierte und anisotrope Reflektion verursacht werden - das heißt, abhängig von der Richtung -, was wir als ''Ruhm'' bezeichnen", erklärt Olivier Demangeon, Forscher am Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço in Portugal und Hauptautor der Studie.
Eine Premiere außerhalb unseres Sonnensystems
Gloires sind auf der Erde gängige Phänomene. Sie wurden auch auf der Venus beobachtet. Der Effekt, ähnlich einem Regenbogen, tritt auf, wenn das Licht von Wolken aus einer vollkommen einheitlichen Substanz reflektiert wird. Im Falle der Erde besteht die Wolke aus Wassertropfen, aber bei WASP-76b bleibt das Rätsel bestehen. Es könnte Eisen sein, da dieses bereits in der extrem heißen Atmosphäre des Planeten entdeckt wurde. Die Entdeckung dieses Phänomens auf WASP-76b ist die erste ihrer Art außerhalb unseres Sonnensystems.
"Wenn bisher kein Ruhm außerhalb unseres Sonnensystems beobachtet wurde, liegt das daran, dass dieses Phänomen sehr spezielle Bedingungen erfordert. Zuerst müssen die atmosphärischen Partikel fast perfekt sphärisch, vollkommen einheitlich und stabil genug sein, um über einen längeren Zeitraum beobachtet zu werden. Der benachbarte Stern des Planeten muss direkt auf ihn scheinen, und der Betrachter oder die Betrachterin - hier CHEOPS - muss sich in der richtigen Position befinden", erklärt Olivier Demangeon.
Ergebnisse zu bestätigen
Weitere Daten sind notwendig, um mit Sicherheit zu bestätigen, dass dieser faszinierende Überschuss an Licht am Ostterminator von WASP-76b eine Gloire ist. Diese Bestätigung würde das Vorhandensein von Wolken aus vollkommen sphärischen Tropfen bezeugen, die seit mindestens drei Jahren existieren oder sich ständig erneuern. Damit solche Wolken bestehen bleiben, müsste auch die Temperatur der Atmosphäre über die Zeit stabil sein - ein faszinierender und detaillierter Einblick in das, was auf WASP-76b passieren könnte.
Die Entdeckung solch winziger Phänomene in solch großer Entfernung ermöglicht es Wissenschaftler_innen und Ingenieur_innen, andere, ebenso entscheidende Phänomene zu identifizieren. Zum Beispiel die Reflektion des Sternenlichts auf flüssigen Seen und Ozeanen - eine notwendige Bedingung für die Bewohnbarkeit.