GRAVITY zeigt Details eines sturmgepeitschten Exoplaneten

27. März 2019

Das GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der ESO hat die erste direkte Beobachtung eines Exoplaneten mittels optischer Interferometrie vorgenommen. Diese Methode zeigt eine komplexe Atmosphäre eines Exoplaneten mit Wolken aus Eisen und Silikat, die in einem planetenweiten Sturm zirkulieren. Die Technik bietet einzigartige Möglichkeiten, viele der heute bekannten Exoplaneten zu charakterisieren.

Künstlerische Darstellung des beobachteten Exoplaneten mit dem Namen HR8799e. Die Beobachtungen mit GRAVITY enthüllen eine komplexe Exoplaneten-Atmosphäre mit Wolken aus Eisen und Silikaten, die einem Sturm ausgesetzt sind, der den gesamten Planeten umfasst.

Die neuen Beobachtungen des Exoplaneten HR 8799e lieferte das Instrument GRAVITY, das am Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik entwickelt wurde, mittels optischer Interferometrie. Der Exoplanet wurde 2010 im Orbit um den jungen Hauptreihenstern HR 8799 entdeckt, etwa 129 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Pegasus. Das heutige Ergebnis, das neue Eigenschaften von HR 8799e offenbart, erforderte ein Instrument mit sehr hoher Auflösung und Empfindlichkeit. GRAVITY kombiniert die vier VLT-Teleskope der ESO durch eine Technik, die Interferometrie genannt wird. Dadurch entsteht ein Super-Teleskop – das VLTI –, das das Licht aus der Atmosphäre von HR 8799e und seines Muttersterns sammelt und präzise trennt.

HR 8799e ist ein „Super-Jupiter“, eine Welt, die sowohl massereicher als auch viel jünger ist als alle Planeten, die die Sonne umkreisen. Mit nur 30 Millionen Jahren ist dieser Baby-Exoplanet jung genug, um Wissenschaftlern einen Einblick in die Entstehung von Planeten und Planetensystemen zu geben. Der Exoplanet ist völlig unwirtlich – Restenergie aus seiner Entstehung und ein starker Treibhauseffekt heizen HR 8799e auf eine lebensfeindliche Temperatur von etwa 1000 °C.

Dies ist das erste Mal, dass mittels optischer Interferometrie die Details eines Exoplaneten untersucht werden. Die neue Technik lieferte ein überaus detailliertes Spektrum von beispielloser Qualität – zehn Mal detaillierter als frühere Beobachtungen. Die Messungen des Teams enthüllten die Zusammensetzung der Atmosphäre von HR 8799e – und diese enthielt einige Überraschungen.

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ieses Weitwinkelbild zeigt die Umgebung des jungen Sterns HR 8799 im Sternbild Pegasus.

„Unsere Analyse zeigt, dass HR 8799e eine Atmosphäre hat, die weitaus mehr Kohlenmonoxid als Methan enthält – die Gleichgewichtschemie würde etwas anderes erwarten lassen“, erklärt der Forschungsleiter Sylvestre Lacour, CNRS am Observatoire de Paris – PSL und am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. „Wir können dieses überraschende Ergebnis am besten erklären, wenn hoh reichende vertikale Winde in der Atmosphäre verhindern, dass Kohlendioxid mit Wasserstoff reagiert und Methan bildet.“

Das Team stellte fest, dass die Atmosphäre auch Wolken aus Eisen- und Silikatstaub enthält. In Kombination mit dem Überschuss an Kohlendioxid deutet dies darauf hin, dass die Atmosphäre von HR 8799e von einem gewaltigen und heftigen Sturm heimgesucht wird. „Unsere Beobachtungen deuten auf eine Gaskugel hin, die von innen beleuchtet wird, wobei warme Lichtstrahlen durch stürmische Flecken dunkler Wolken laufen“, erläutert Lacour. „Die Konvektion bewegt sich um die Wolken aus Silikat- und Eisenpartikeln herum, die sich auflösen und ins Innere regnen. So entsteht ein Bild der dynamischen Atmosphäre eines riesigen Exoplaneten bei der Geburt, der komplexe physikalische und chemische Prozesse durchläuft.“

Dieses Ergebnis baut auf der Reihe von beeindruckenden Entdeckungen von GRAVITY auf, die bahnbrechende Ergebnisse erbracht haben, wie z. B. die Beobachtung von Gaswirbeln mit 30% der Lichtgeschwindigkeit außerhalb des Ereignishorizonts des massereichen Schwarzen Lochs im Galaktischen Zentrum. „Wir wussten, dass wir mit GRAVITY ein ganz neues Kapitel in der Astronomie aufschlagen würden,“ erklärt Frank Eisenhauer, der die Instrumentenentwicklung am MPE leitete. „Ich bin überwältigt, dass wir so viele erstaunliche Ergebnisse in ganz unterschiedlichen Bereichen der Astronomie innerhalb von kürzester Zeit bekommen haben!“

 

Weitere Informationen

Diese Forschung wurde in der Arbeit "First direct detection of an exoplanet by optical interferometry" in Astronomy and Astrophysics vorgestellt.

Das Team bestand aus : S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris - PSL, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, Frankreich [LESIA]; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Deutschland [MPE]), M. Nowak (LESIA), J. Wang (Department of Astronomy, California Institute of Technology, Pasadena, USA), O. Pfuhl (MPE), F. Eisenhauer (MPE), R. Abuter (ESO, Garching, Deutschland), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal), N. Anugu (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Porto, Portugal; School of Physics, Astrophysics Group, University of Exeter, Exeter, Großbritannien), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France[IPAG]), J.P. Berger (IPAG), H. Beust (IPAG), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Schweiz), M. Bonnefoy (IPAG), H. Bonnet (ESO, Garching, Deutschland), P. Bourget (ESO, Santiago, Chile), W. Brandner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA), B. Charnay (LESIA), F. Chapron (LESIA), Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P. T. de Zeeuw (MPE; Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, Niederlande), C. Deen (MPE), R. Dembet (LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (1. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Köln, Deutschland; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Deutschland), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Porto, Portugal; ESO, Santiago, Chile; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal), R. Garcia Lopez (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin, Irland; MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; Departments of Physics and Astronomy, University of California, Berkeley, USA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lissabon, Portugal), A. Greenbaum (Department of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, USA), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (1. Physikalisches Institut, Universität Köln, Köln, Deutschland), Z. Hubert (LESIA), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jocou (IPAG), S. Kendrew (European Space Agency, Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; MPIA), P. Kervella (LESIA), J. Kolb (ESO, Santiago, Chile), A.-M. Lagrange (IPAG), V. Lapeyrère (LESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A.-L. Maire (STAR Institute, Université de Liège, Liège, Belgien; MPIA), P. Mollière (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, Niederlande), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), L. Pueyo (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Santiago, Chile), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), G. Rousset (LESIA), J. Sanchez-Bermudez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico City, Mexico; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), N. Schuhler (ESO, Santiago, Chile), O. Straub (LESIA; MPE), C. Straubmeier (1. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Köln, Deutschland), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), F. Vincent (LESIA), E.F. van Dishoeck (MPE; Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, Niederlande), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (1. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Köln, Deutschland), I. I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (1. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Köln, Deutschland), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Deutschland), S. Yazici (MPE; 1. Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Köln, Deutschland), D. Ziegler (LESIA) und G. Zins (ESO, Santiago, Chile).

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