Künstlerische Darstellung des Exoplaneten GJ 9827 d, dem kleinsten Exoplaneten, bei dem eine Atmosphäre mit Wasserdampf nachgewiesen wurde. Er könnte ein Beispiel für einen Planeten mit einer wasserreichen Atmosphäre sein. Mit einem Durchmesser von nur etwa dem Doppelten der Erde umkreist der Planet den roten Zwergstern GJ 9827. Zwei näher am Stern gelegene Planeten befinden sich links. Die Hintergrundsterne sind dargestellt, wie sie mit bloßem Auge beim Blick in Richtung der Sonne erscheinen würden. Die Sonne ist zu schwach, um von diesem System aus sichtbar zu sein.
Kredit: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI), Ralf Crawford (STScI)
Die Studie, durchgeführt von Wissenschaftlern der Universität von Montréal, wurde am 12. September in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
"Es wäre das erste Mal, dass wir direkt durch einen atmosphärischen Nachweis zeigen können, dass Planeten mit einer wasserreichen Atmosphäre um andere Sterne existieren", sagte Björn Benneke, Mitglied des Forschungsteams, Professor für Astrophysik an der UdeM und Forscher am Trottier Institute für Exoplanetenforschung. Das ist ein wichtiger Schritt, um die Vielfalt der Atmosphären felsiger Planeten besser zu verstehen."
Zwei denkbare Szenarien
Es ist noch zu früh, um zu bestimmen, ob die Atmosphäre von GJ 9827 d eine geringe Menge Wasserdampf in einer ausgedehnten, wasserstoffreichen Atmosphäre enthält oder ob sie hauptsächlich aus Wasser besteht, wobei die leichteren Gase (wie Wasserstoff oder Helium) durch die Sternenstrahlung verdampft worden sind.
"Unser Beobachtungsprogramm wurde entworfen, um die Moleküle in der Atmosphäre des Planeten zu detektieren, insbesondere um nach Wasserdampf zu suchen", sagte Pierre-Alexis Roy, ein Student von Björn Benneke und Hauptautor der Studie. "Ganz gleich, ob der Wasserdampf nur in geringer Menge vorhanden ist oder dominiert, wir haben hier ein interessantes Ergebnis!"
Im ersten Szenario hätte der Planet eine Hülle reich an Wasserstoff und Wasser bewahrt, ähnlich wie eine Miniaturausgabe von Neptun.
Im zweiten Szenario würde er eher einer größeren und wärmeren Version von Europa, dem Mond des Jupiter, ähneln, der unter seiner Kruste doppelt so viel Wasser wie auf der Erde besitzt. In diesem Fall, wie Björn Benneke betonte, "könnte es durchaus sein, dass der Planet GJ 9827 d zur Hälfte aus Wasser und zur Hälfte aus Gestein besteht: ein kleiner Gesteinskern umgeben von einer dicken Schicht Wasserdampf".
Immer kleinere Planeten
"Bisher konnten wir die Atmosphäre eines so kleinen Planeten nicht direkt nachweisen. Wir nähern uns langsam dieser technischen Herausforderung", fügte Björn Benneke hinzu. "Je mehr wir kleinere Planeten untersuchen, desto mehr erwarten wir Welten zu finden, die frei von Wasserstoff sind, mit Atmosphären, die denen der Venus ähneln, dominiert von Kohlendioxid."
Da der Planet GJ 9827 d etwa so heiß ist wie die Venus, mit einer Temperatur von rund 430 °C, wäre er zweifellos eine unwirtliche und feuchte Welt, wenn seine Atmosphäre hauptsächlich aus Wasserdampf bestünde.
Zwei mögliche Bildungsgeschichten
Wenn der Planet eine Atmosphäre reich an verbliebenem Wasser besitzt, hätte er sich in größerer Entfernung von seinem Stern gebildet, wo die Temperatur kalt ist und Wasser in Form von Eis verfügbar ist. In einem solchen Szenario hätte sich der Planet näher an den Stern bewegt. Der Wasserstoff wäre dann erwärmt und aus dem schwachen Gravitationsfeld des Planeten entwichen.
Im anderen Fall hätte sich der Planet nahe dem heißen Stern gebildet und Spuren von Wasser in seiner Atmosphäre aufgewiesen.
Unter dem Mikroskop der Weltraumteleskope
Für diese Studie hat das Hubble-Teleskop den Planeten bei 11 Durchgängen vor seinem Stern beobachtet, die sich über einen Zeitraum von drei Jahren erstreckten. Während dieser Durchgänge wird das Licht des Sterns durch die Atmosphäre des Planeten gefiltert und zeigt das spektrale Profil von Wassermolekülen. Wenn der Planet von Wolken umgeben ist, sind diese tief genug in der Atmosphäre, sodass Hubble das Vorhandensein von Wasserdampf darüber feststellen kann.
Die Entdeckung des Hubble-Teleskops ebnet den Weg für eine detailliertere Untersuchung des Planeten. Dieser könnte beispielsweise ein interessantes Ziel für das Weltraumteleskop James-Webb der NASA sein und die Suche nach anderen Molekülen mittels Infrarotspektroskopie.
Der Planet GJ 9827 d wurde 2017 vom Weltraumobservatorium Kepler der NASA entdeckt. Er umkreist einen roten Zwergstern alle 6,2 Tage. Der Stern, GJ 9827, liegt 97 Lichtjahre von der Erde entfernt, im Sternbild der Fische.