Doppelte Heliumfahnen der Exoplaneten WASP-121b bei vollständiger Orbitalüberwachung nachgewiesen

Astronomen haben die atmosphärische Verdampfung des Exoplaneten WASP-121b, eines sogenannten „ultrakochenden Jupiters“, umfassend untersucht. Dieser Himmelskörper befindet sich rund 858 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Puppis (Kiel). Die Forschung, durchgeführt von Experten des Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) der Universität Montreal und der Universität Genf, enthüllte eine bemerkenswerte Struktur: zwei Heliumfahnen, die vom Planeten wegströmen. Die Ergebnisse dieser Studie wurden am 8. Dezember 2025 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Sie basieren auf kontinuierlichen Beobachtungen, die Ende 2025 stattfanden.

Um diesen Verdampfungsprozess detailliert zu erfassen, hielten die Forscher die Beobachtung des Planeten fast 37 Stunden lang aufrecht. Hierfür kam das Instrument NIRISS des James Webb Space Telescope (JWST) zum Einsatz. Diese beispiellose Beobachtungsdauer ermöglichte es, den atmosphärischen Verlust während eines kompletten Umlaufes zu dokumentieren. WASP-121b zeichnet sich durch eine extreme Atmosphäre aus; sein Umlauf um den Zentralstern dauert nur etwa 30 Stunden, und die Oberflächentemperatur erreicht schwindelerregende 2300 Grad Celsius (4200 Grad Fahrenheit).

Diese immense Hitze führt dazu, dass leichte Gase wie Wasserstoff und Helium in den Weltraum entweichen. Dieser Massenverlust beeinflusst maßgeblich die Größe, die Zusammensetzung und die langfristige Entwicklung des Planeten. Romain Allart von der Universität Montreal, der leitende Forscher der Studie, betonte, dass diese Messung einen neuen Maßstab in der Exoplanetenforschung darstellt. Bisher war die Beobachtung der atmosphärischen Verdampfung meist nur als kurzzeitiges Phänomen während der Transits bekannt. Nun liegt das detaillierteste Bild dieses Prozesses vor, das je aufgenommen wurde.

Die wohl aufschlussreichste Entdeckung war die Feststellung, dass das entweichende Helium nicht nur eine, sondern gleich zwei riesige Fahnen bildet, die sich über mehr als die Hälfte der Planetenbahn erstrecken. Eine dieser Fahnen folgt dem Planeten, angetrieben durch den Sternenwind und die Strahlung des Sterns. Die zweite Fahne zieht hingegen vor dem Planeten her, vermutlich durch die Gravitation des Sterns beeinflusst. Diese doppelten Fahnen übertreffen den Durchmesser des Planeten um das Hundertfache und stellen die gängigen atmosphärischen Modelle auf die Probe. Aktuelle Simulationen können diese komplexe dreidimensionale Anordnung kaum abbilden. Vincent Bourrier von der Universität Genf merkte an, dass diese Beobachtungen die Grenzen numerischer Modelle aufzeigen und die Notwendigkeit neuer physikalischer Mechanismen zur Erklärung der Planetenentwicklung unterstreichen.

Diese Erkenntnisse sind von entscheidender Bedeutung für das Verständnis größerer planetarer Entwicklungsprozesse. Insbesondere stellt sich die Frage, ob solche Massenverlustmechanismen dazu führen können, dass Gasriesen zu kleineren, Neptun-ähnlichen Objekten oder sogar zu reinen, kernartigen Gesteinsplaneten ohne äußere Hülle transformiert werden. WASP-121b war bereits für seine Besonderheiten bekannt, darunter die Existenz von verdampften Metallwolken sowie Niederschläge aus Rubinen und Saphiren, bedingt durch die extreme Nähe zu seinem Mutterstern.

Die durchgeführte kontinuierliche Überwachung stellte einen neuen Rekord beim Nachweis der Heliumabsorption dar, da fast 60 Prozent der gesamten Umlaufbahn erfasst wurden. Dies demonstriert eindrücklich die Fähigkeit des JWST, die Dynamik der atmosphärischen Verdampfung über weite Distanzen und lange Zeiträume hinweg präzise zu kartieren. An der Forschung waren Wissenschaftler der Universität Genf (UNIGE), des National Centre of Competence in Research PlanetS sowie des iREx der Universität Montreal (UdeM) beteiligt. Professor Lisa Dang von Waterloo hob die außergewöhnliche Klarheit des Heliumsignals bei der Datenanalyse hervor. Diese Beobachtung, die früher nur in kurzen Momenten während der Transits sichtbar war, markiert nun einen Meilenstein im Verständnis der atmosphärischen Dynamik. Es stellt sich die spannende Frage, ob die Doppel-Fahnen-Struktur ein Alleinstellungsmerkmal von WASP-121b ist oder ob sie bei anderen heißen Exoplaneten häufiger vorkommt. Die Erfassung solch dynamischer Vorgänge über einen vollen Orbit hinweg ist ein beachtlicher technischer Triumph für die Exoplanetenforschung.