James-Webb-Teleskop entdeckt dichte Atmosphäre bei ultraheißem Gesteinsexaoplaneten TOI-561 b

Das Weltraumteleskop James Webb (JWST) hat nun die überzeugendsten Belege für die Existenz einer signifikanten Atmosphäre um den felsigen Exoplaneten TOI-561 b geliefert. Diese Beobachtung stellt etablierte Theorien infrage, wonach kleine Planeten, die ihren Sternen so nah umkreisen, aufgrund der intensiven stellaren Strahlung eigentlich keine Gashüllen zurückhalten dürften.

TOI-561 b, klassifiziert als ultraheißer Supererde, wurde erstmals im Jahr 2020 identifiziert. Er zählt Schätzungen zufolge zu den ältesten bekannten Planeten, dessen Entstehung rund 10 Milliarden Jahre zurückliegt. Der Planet besitzt einen Radius, der etwa 1,4-mal dem der Erde entspricht, und umrundet seinen Zentralstern in weniger als elf Stunden. Dies katapultiert ihn in die seltene Gruppe der Exoplaneten mit extrem kurzem Umlaufzeitraum (USP).

Der Stern, um den TOI-561 b kreist, ist ein Orangefarbener Zwerg, der ungefähr zwei- bis dreimal älter ist als unsere Sonne. Die extrem geringe Distanz führt zu einer gebundenen Rotation, bei der eine Seite des Planeten permanent dem Stern zugewandt ist. Diese Nähe sorgt für extreme thermische Bedingungen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Johanna Teske vom Earth and Planets Laboratory des Carnegie Institution nutzte den NIRSpec-Sperographen des JWST, um die Temperatur auf der Tagseite des Planeten anhand seiner nahen Infrarot-Helligkeit zu messen. Wäre TOI-561 b ein bloßer nackter Felsbrocken, hätte die Tagseite eine Temperatur von etwa 2700 °C (4900 °F) aufweisen müssen. Die im Mai 2024 durchgeführten Messungen ergaben jedoch eine deutlich niedrigere Oberflächentemperatur von nur 1800 °C (3200 °F).

Dieser unerwartet geringere Temperaturunterschied lässt sich am besten durch das Vorhandensein einer substanziellen, flüchtige Stoffe enthaltenden Gasschicht erklären, die für den Wärmetransport verantwortlich ist. Gäbe es keine Atmosphäre, würde die Hitze nicht effektiv verteilt werden können.

Koautor Tim Lichtenberg von der Universität Groningen vermutet, dass der Planet eher einem „nassen Lavaball“ gleicht, der reichhaltiger an flüchtigen Bestandteilen ist als die Erde. Diese Eigenschaft, verbunden mit einer anomal niedrigen Dichte, kann nicht allein durch die innere Zusammensetzung – etwa ein kleines Eisenkern und ein Mantel aus weniger dichten Silikaten – erklärt werden.

Der Stern TOI-561 ist arm an Metallen, was darauf hindeutet, dass sich der Planet in einem chemisch anderen Umfeld gebildet hat als die Planeten unseres Sonnensystems. Wissenschaftler spekulieren, dass diese Zusammensetzung repräsentativ für Planeten sein könnte, die entstanden, als das Universum noch in seinen Kinderschuhen steckte.

Laut Dr. Anjali Piette von der University of Birmingham ist die Existenz einer Atmosphäre notwendig, um alle Beobachtungen zu erklären, da starke Winde die Wärme auch auf die Nachtseite transportieren könnten. Die Forscher postulieren ein Gleichgewicht zwischen einem Magma-Ozean und der Atmosphäre, bei dem Gase freigesetzt und wieder absorbiert werden.

Die Wissenschaftler planen, über 37 Stunden an JWST-Beobachtungsdaten zu verwenden, um eine Wärmezirkulationskarte zu erstellen und die atmosphärische Zusammensetzung präziser zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Arbeit wurden in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht. Nicole Wallack, eine weitere Mitautorin der Studie, kommentierte, dass diese Entdeckung die gängigen Vorstellungen über Planeten mit extrem kurzen Umlaufzeiten regelrecht auf den Kopf stellt.