Das James-Webb-Teleskop hat einen Exoplaneten eingefangen, der unter der Hitze seiner eigenen Sonne verdampft

Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop zeigen, dass HD 80606 b, ein Gasriese mit einer extremen Umlaufbahn, überraschende Temperaturspitzen und chemische Veränderungen durchläuft, die uns helfen könnten, andere Exoplaneten besser zu verstehen.

Dieses Konzeptbild zeigt, wie der Exoplanet HD 80606 ba „gebacken“ wird, während sich seine Umlaufbahn dem Periastron nähert – dem Punkt, an dem er seinem Mutterstern am nächsten kommt. Bildquelle: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Unter den Tausenden von Exoplaneten, die bisher entdeckt wurden, sind nur wenige so beeindruckend wie HD 80606 b. Diese Welt, die sich außerhalb des Sonnensystems befindet und die vierfache Masse des Jupiter besitzt, hat dank neuer Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA erneut die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Gemeinschaft auf sich gezogen.

Vorläufige Ergebnisse der Studie wurden auf der 248. Tagung der American Astronomical Society (AAS) in Pasadena, Kalifornien, vorgestellt und zeigen, dass der Planet bei seiner Annäherung an seinen Stern weitaus extremere Temperaturschwankungen durchläuft als erwartet.

Wie Tiffany Kataria, Hauptautorin der Studie vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA, erklärt, sticht HD 80606 b selbst unter den ungewöhnlichsten Exemplaren der sogenannten „heißen Jupiter“ hervor – einer Kategorie von Gasriesen, die sehr nah an ihren Sternen kreisen und glühend heiße Temperaturen erreichen.

Dieser Planet weist jedoch einen grundlegenden Unterschied auf: Seine Umlaufbahn ist außerordentlich elliptisch. Anstatt einen relativ konstanten Abstand zu seinem Stern einzuhalten, verbringt er lange Zeiträume in großer Entfernung von diesem und nähert sich ihm dann in einer extremen Annäherung, die seine atmosphärischen Bedingungen radikal verändert.

Ein unerwarteter Temperaturanstieg

Beobachtungen des James-Webb-Teleskops zeigen, dass während dieser nächstesten Annäherung – bekannt als Periastron – die Temperatur des Planeten einen abrupten Anstieg um etwa 1.100 Grad Fahrenheit (das entspricht mehr als 600 Grad Celsius) verzeichnet.

Wissenschaftler hatten bereits vermutet, dass dieses Phänomen erhebliche Veränderungen in der Atmosphäre des Exoplaneten verursachen könnte. Frühere Studien hatten gezeigt, dass plötzliche Temperaturschwankungen die chemische Zusammensetzung dieser Welten verändern und sogar die Wolkenbildung und -auflösung innerhalb weniger Stunden beeinflussen können.

Nun ermöglichen es uns die neuen Daten des Webb-Teleskops, diese Vorgänge mit einer bisher unerreichten Detailgenauigkeit zu beobachten.

Diese simulierten Bilder zeigen die Entwicklung extremer Wetterphänomene auf dem Exoplaneten HD 80606b – der eine stark exzentrische Umlaufbahn besitzt – in den Tagen nach seiner größten Annäherung an seinen Mutterstern. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/UCSC.

Laura C. Mayorga, eine auf Exoplaneten spezialisierte Astronomin und Mitautorin der Studie, betonte, dass die einzigartige Umlaufbahn von HD 80606 b den Planeten in ein echtes natürliches Labor verwandelt. Dank dieser extremen Veränderungen können Forscher im Rahmen einer einzigen Beobachtungskampagne analysieren, wie eine Atmosphäre auf wechselnde thermische Bedingungen reagiert.

Diese Informationen, so merkte sie an, könnten uns helfen, nicht nur andere „heiße Jupiter“, sondern auch eine Vielzahl von Exoplaneten, die in den letzten Jahren entdeckt wurden, besser zu verstehen.

Die Leistungsfähigkeit des James-Webb-Teleskops

Um den Planeten zu untersuchen, wandte das Team eine als Spektroskopie bezeichnete Methode an, bei der Licht in seine einzelnen Farben zerlegt wird, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften der beobachteten Objekte zu bestimmen.

In diesem Fall nutzten die Forscher das MIRI ( Mid-Infrared Instrument ) des James-Webb-Teleskops. Die Beobachtungen fanden vor, während und nach dem Periastron statt, einschließlich des Augenblicks, in dem der Planet aus Sicht des Teleskops hinter seinem Stern vorbeizog – ein Phänomen, das als sekundäre Eklipse bezeichnet wird.

Die Planung dieser Kampagne erforderte jahrelange Vorbereitungen. HD 80606 b hat eine Umlaufzeit von 111 Tagen, und aufgrund seiner hohen Exzentrizität sind die für Beobachtungen interessantesten Zeitfenster relativ kurz. Hinzu kommen die betrieblichen Einschränkungen des Webb-Teleskops selbst, das je nach der Position der Erde relativ zur Sonne nur auf bestimmte Regionen des Himmels ausgerichtet werden kann.

Eine wahre Fundgrube an Daten, die es zu entschlüsseln gilt

Obwohl die Analyse erst vor kurzem begonnen hat, bezeichnen die Forscher die Ergebnisse bereits als außergewöhnlich. Eine der auffälligsten Erkenntnisse ist, dass die festgestellte Erwärmung sogar noch stärker ausfiel als vorhergesagt, basierend auf früheren Beobachtungen mit dem Spitzer-Weltraumteleskop, das 2020 außer Betrieb genommen wurde.

Es ist kein Zufall, dass HD 80606 b den Spitznamen „gerösteter Exoplanet“ erhielt. Tatsächlich wurde er so berühmt, dass er auf einem der Informationsplakate der NASA abgebildet wurde, mit denen exotische Welten jenseits des Sonnensystems vorgestellt wurden.

Dank der hohen Empfindlichkeit des James-Webb-Teleskops können Wissenschaftler nun damit beginnen, bestimmte chemische Signale – darunter Methan und Kohlendioxid – zu unterscheiden, die für das Verständnis der atmosphärischen Dynamik des Planeten von grundlegender Bedeutung sind.

Für die Forscher ist die riesige Menge an gewonnenen Daten erst der Anfang. Jede neue Analyse verspricht Aufschluss darüber zu geben, wie sich die Atmosphären von Gasriesen unter extremen Bedingungen entwickeln, und gleichzeitig ein besseres Verständnis für die Vielfalt der Welten in unserer Galaxie zu vermitteln.