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Jun 16, 2023

Das Molekül Chromhydrid kommt normalerweise in Sternen vor, wurde jedoch in der Atmosphäre des heißen Jupiter WASP-31b entdeckt, einem der leichtesten jemals gesehenen Exoplaneten.

Astronomen haben zum ersten Mal ein seltenes temperaturempfindliches Molekül entdeckt, das normalerweise mit Sternen in der Atmosphäre eines Exoplaneten in Verbindung gebracht wird.

Das „Thermometermolekül“ Chromhydrid kommt in einem engen Temperaturbereich zwischen 1.700 und 3.140 Grad Fahrenheit (926 und 1.730 Grad Celsius) reichlich vor. Es wurde in der Atmosphäre des „heißen Jupiter“-Exoplaneten WASP-17b entdeckt, der einen Stern vom Typ F umkreist, der sich etwa 1.250 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet.

Die Entdeckung eines solchen Metallhydrids – eines Metalls, das an Wasserstoff gebunden ist, um eine neue Verbindung zu bilden – in der Atmosphäre eines fremden Planeten könnte es Wissenschaftlern ermöglichen, die Temperaturen von Welten außerhalb des Sonnensystems auf neue Weise zu messen.

„Chromhydridmoleküle sind sehr temperaturempfindlich“, sagte die Hauptautorin der Studie, Laura Flagg, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Cornell University in New York, in einer Erklärung. „Bei höheren Temperaturen sieht man nur Chrom allein. Und bei niedrigeren Temperaturen verwandelt es sich in andere Dinge. Es gibt also nur einen bestimmten Temperaturbereich, in dem Chromhydrid in großen Mengen vorkommt.“

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WASP-17b wurde 2010 entdeckt und war bereits als ziemlich außergewöhnlicher und extremer Exoplanet bekannt, bevor das Team Chromhydrid in seiner Atmosphäre fand. Der heiße Jupiter befindet sich nur 4,3 Millionen Meilen (6,9 Millionen Kilometer) von seinem Mutterstern entfernt, so nah, dass er eine Umlaufbahn in nur 3,4 Erdentagen durchläuft.

Diese Nähe zum Wirtsstern namens WASP-17 führt zu extremen Temperaturen auf dem heißen Jupiter von etwa 2.060 Grad Fahrenheit (1.130 Grad Celsius), wie Flagg und ihr Team bestätigten. Diese Temperatur ist genau richtig, um Chromhydridmoleküle zu beherbergen.

Die extreme Temperatur von WASP-17b hat eine weitere Konsequenz: Sie führt dazu, dass die Atmosphäre des Gasriesen „aufbläht“. Das bedeutet, dass Wasp-17b trotz einer Masse, die weniger als halb so groß ist wie die des Jupiter, mehr als 1,5-mal breiter ist als unsere Der größte Planet des Sonnensystems. Das ergibt eine Dichte von Wasp-17b, die etwa 13 % der Dichte von Jupiter entspricht, also etwa 0,17 Gramm pro Kubikzentimeter.

Zum Vergleich: Ein Marshmallow hat eine Dichte von 0,21 Gramm pro Kubikzentimeter. WASP-17b, einer der leichtesten jemals entdeckten Exoplaneten, ist also tatsächlich weniger dicht als ein Marshmallow.

Mithilfe hochauflösender Spektroskopie entdeckte das Astronomenteam Chromhydrid in der Atmosphäre von WASP-17b. Elemente und chemische Verbindungen absorbieren Licht bestimmter Wellenlängen und hinterlassen so ihre charakteristischen Fingerabdrücke in den Lichtspektren eines Sterns, die mit Spektroskopie beurteilt werden können.

Flagg und ihre Kollegen verglichen die Lichtspektren eines Sterns, wenn sich die ihn umkreisenden Planeten an seiner Seite befanden, mit den Spektren, die von dem Stern ausgingen, wenn der Planet seine Oberfläche durchquerte. In diesem zweiten Fall muss das Licht des Sterns die Atmosphäre des vorbeiziehenden Planeten durchqueren, und so kann das Team die Fingerabdrücke erkennen, die in den vom Stern allein gesammelten Lichtspektren nicht vorhanden waren. Dies verrät dem Team, welche dieser Elemente und Verbindungen in der Atmosphäre des Planeten vorkommen.

„Hohe spektrale Auflösung bedeutet, dass wir über sehr präzise Wellenlängeninformationen verfügen“, sagte Flagg. „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. Wenn sie gut übereinstimmt, Es gibt ein Signal.

„Wir haben alle verschiedenen Templates ausprobiert, und in diesem Fall hat das Chromhydrid-Templat ein Signal erzeugt.“

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Chrom ist selbst bei den „richtigen“ Temperaturen selten, was bedeutet, dass Flagg und Kollegen hochsensible Daten benötigten, um sein Vorhandensein zu bestätigen. Dies geschah in Form von Beobachtungen von WASP-17b und seinem Stern, die im März 2022 mit dem GRACES-Instrument (kurz für „Gemini Remote Access to CFHT ESPaDOnS Spectrograph“) am Maunakea-Observatorium auf Hawaii gemacht wurden 2017, bei dem es nicht um die Jagd nach Metallhydriden ging.

„Ein Teil unserer Daten für dieses Papier waren alte Daten, die am äußersten Rand des Datensatzes lagen“, fuhr Flagg fort. „Du hättest nicht danach gesucht.“

Sie beabsichtigt nun, in den Atmosphären anderer Exoplaneten nach Metallhydriden zu suchen, und vermutet, dass diese Beweise möglicherweise bereits gesammelt wurden, aber bisher übersehen worden sein könnten.

„Ich hoffe, dass dieses Papier andere Forscher dazu ermutigen wird, in ihren Daten nach Chromhydrid und anderen Metallhydriden zu suchen“, sagte Flagg. „Wir glauben, dass es da sein sollte. Hoffentlich erhalten wir mehr Daten, die für die Suche nach Chromhydrid geeignet sind, und bauen schließlich eine Stichprobengröße auf, um nach Trends zu suchen.“

Die Forschungsergebnisse des Teams wurden diesen Monat in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

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Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist im Vereinigten Königreich, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt außerdem über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor of Science in Physik und Astronomie von der britischen Open University. Folgen Sie ihm auf Twitter @sciencef1rst.

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