ESA

Daten der Exoplanetenmission Cheops der ESA haben zu der überraschenden Entdeckung geführt, dass ein ultraheißer Exoplanet, der seinen Heimatstern in weniger als einem Tag umkreist, von reflektierenden Metallwolken bedeckt ist, was ihn zum leuchtendsten Exoplaneten macht, der jemals gefunden wurde.

Das hellste Objekt an unserem Nachthimmel ist neben dem Mond der Planet Venus, dessen dicke Wolkenschicht etwa 75 % des Sonnenlichts reflektiert. Im Vergleich dazu reflektiert die Erde nur etwa 30 % des einfallenden Sonnenlichts.

Jetzt haben Astronomen erstmals einen Exoplaneten gefunden, der mit dem Glanz der Venus mithalten kann: den Planeten LTT9779 b. Neue detaillierte Messungen der Cheops-Mission der ESA zeigen, dass dieser Planet satte 80 % des Lichts reflektiert, das von seinem Mutterstern auf ihn fällt.

Die hochpräzisen Messungen von Cheops waren eine gezielte Fortsetzung der ersten Entdeckung und Charakterisierung des Planeten im Jahr 2020 durch die TESS-Mission der NASA und bodengestützte Instrumente wie das ESO-HARPS-Instrument in Chile.

Der Exoplanet hat etwa die Größe von Neptun und ist damit der größte „Spiegel“ im Universum, den wir heute kennen. Der Grund für sein hohes Reflexionsvermögen liegt darin, dass es von metallischen Wolken bedeckt ist. Diese bestehen meist aus Silikat – dem gleichen Stoff, aus dem Sand und Glas bestehen – gemischt mit Metallen wie Titan.

„Stellen Sie sich eine brennende Welt in der Nähe ihres Sterns vor, in der schwere Metallwolken in der Luft schweben und Titantröpfchen herabregnen“, sagt James Jenkins, Astronom an der Diego Portales University und CATA (Santiago, Chile). James war Co-Autor einer wissenschaftlichen Arbeit, die die neue Forschung beschreibt und heute in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde.

Der Anteil des Lichts, den ein Objekt reflektiert, wird als „Albedo“ bezeichnet. Die meisten Planeten haben eine niedrige Albedo, entweder weil sie eine Atmosphäre haben, die viel Licht absorbiert, oder weil ihre Oberfläche dunkel oder rau ist. Ausnahmen bilden meist gefrorene Eiswelten oder Planeten wie die Venus, die eine reflektierende Wolkenschicht haben.

Die hohe Albedo von LTT9779 b war überraschend, da die Temperatur auf der dem Stern zugewandten Seite des Planeten auf etwa 2000 °C geschätzt wird. Jede Temperatur über 100 °C ist zu heiß für die Bildung von Wasserwolken, aber die Temperatur der Atmosphäre dieses Planeten sollte sogar zu heiß für Wolken aus Metall oder Glas sein.

„Es war wirklich ein Rätsel, bis uns klar wurde, dass wir über diese Wolkenbildung genauso nachdenken sollten wie über die Bildung von Kondenswasser in einem Badezimmer nach einer heißen Dusche“, bemerkt Vivien Parmentier, Forscherin am Observatorium der Côte d'Azur (Frankreich). Co-Autor dieser Forschung. Vivien erklärt: „Um ein Badezimmer zu bedampfen, können Sie entweder die Luft abkühlen, bis der Wasserdampf kondensiert, oder Sie können das heiße Wasser laufen lassen, bis sich Wolken bilden, weil die Luft so mit Dampf gesättigt ist, dass sie einfach keinen weiteren Dampf mehr aufnehmen kann. Ebenso kann LTT9779 b metallische Wolken bilden, obwohl es so heiß ist, weil die Atmosphäre mit Silikat- und Metalldämpfen übersättigt ist.“

Der Glanz ist nicht das einzig Überraschende am LTT9779 b. Seine Größe und Temperatur machen ihn zu einem sogenannten „ultraheißen Neptun“, aber es wurden keine anderen Planeten dieser Größe und Masse gefunden, die so nahe um ihren Stern kreisen. Das bedeutet, dass es in der sogenannten „heißen Neptunwüste“ lebt.

Der Planet hat einen Radius, der 4,7-mal so groß ist wie der der Erde, und ein Jahr auf LTT9779 b dauert nur 19 Stunden. Alle bisher entdeckten Planeten, die ihren Stern in weniger als einem Tag umkreisen, sind entweder „heiße Jupiter“ – Gasriesen mit einem Radius, der mindestens zehnmal größer als der der Erde ist – oder Gesteinsplaneten, die kleiner als zwei Erdradien sind.

„Es ist ein Planet, der nicht existieren sollte“, sagt Vivien. „Wir gehen davon aus, dass bei Planeten wie diesem die Atmosphäre von ihrem Stern weggeblasen wird und nacktes Gestein zurückbleibt.“

Erstautor Sergio Hoyer vom Marseille Astrophysics Laboratory kommentiert: „Wir glauben, dass diese Metallwolken dem Planeten helfen, in der heißen Neptunwüste zu überleben.“ Die Wolken reflektieren das Licht und verhindern, dass der Planet zu heiß wird und verdunstet. Gleichzeitig macht der hohe Metallgehalt den Planeten und seine Atmosphäre schwerer und lässt sich schwerer wegblasen.“

Um die Eigenschaften von LTT9779 b zu bestimmen, untersuchte die Exoplaneten-Charakterisierungsmission Cheops der ESA, wann sich der Planet hinter seinem Mutterstern bewegte. Da der Planet Licht reflektiert, senden Stern und Planet zusammen kurz bevor der Planet außer Sichtweite ist, mehr Licht in Richtung des Weltraumteleskops als unmittelbar danach. Der Unterschied im sichtbaren Licht, das direkt vor und nach dem Verstecken des Planeten empfangen wird, gibt Aufschluss darüber, wie viel Licht der Planet reflektiert.

Dieses Projekt war auf die Präzision und die 24/7-Abdeckung von Cheops angewiesen. „Die winzige Signaländerung des Sterns, der den Planeten verdunkelt, genau zu messen, war nur mit Cheops möglich“, sagt Sergio.

Maximilian Günther, ESA-Cheops-Projektwissenschaftler, fügt hinzu: „Cheops ist die erste Weltraummission überhaupt, die sich der Nachverfolgung und Charakterisierung bereits bekannter Exoplaneten widmet. Im Gegensatz zu großen Vermessungsmissionen, die sich auf die Entdeckung neuer Exoplanetensysteme konzentrieren, verfügt Cheops über genügend Flexibilität, um sich schnell auf interessante Ziele zu konzentrieren, und kann eine Abdeckung und Präzision erreichen, die wir auf andere Weise oft einfach nicht erreichen können.“

Wenn wir denselben Exoplaneten mit verschiedenen Instrumenten betrachten, erhalten wir ein vollständiges Bild. „LTT9779 b ist ein ideales Ziel für Folgeuntersuchungen mit den außergewöhnlichen Fähigkeiten der beiden Weltraumteleskope Hubble und James Webb“, bemerkt ESA-Wissenschaftlerin Emily Rickman. „Sie werden es uns ermöglichen, diesen Exoplaneten mit einem größeren Wellenlängenbereich, einschließlich Infrarot- und UV-Licht, zu erkunden, um die Zusammensetzung seiner Atmosphäre besser zu verstehen.“

Die Zukunft der Exoplanetenforschung ist rosig, denn Cheops ist die erste von drei speziellen Exoplanetenmissionen. Im Jahr 2026 wird Plato hinzukommen und sich auf erdähnliche Planeten konzentrieren, die in einer möglicherweise lebenserhaltenden Entfernung um ihren Stern kreisen. Ariel soll 2029 der Flotte beitreten und sich auf die Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten spezialisieren.

Die extrem hohe Albedo von LTT 9779 b, die von Cheops von S. Hoyer et al. (2023) erscheint in Astronomy & Astrophysics. DOI: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202346117

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