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Jun 12, 2023

Astronomen finden ein „Thermometermolekül“, das nur erscheint, wenn die Temperatur eines Planeten zwischen 1.200 und 2.000 Kelvin liegt

Eine kürzlich in The Astrophysical Journal Letters veröffentlichte Studie untersucht ein seltenes Legierungsmolekül namens Chromhydrid (CrH) und dessen erstmalige Bestätigung auf einem Exoplaneten, in diesem Fall WASP-31 b.

Eine kürzlich in The Astrophysical Journal Letters veröffentlichte Studie untersucht ein seltenes Legierungsmolekül namens Chromhydrid (CrH) und dessen erstmalige Bestätigung auf einem Exoplaneten, in diesem Fall WASP-31 b. Traditionell kommt CrH nur in großen Mengen zwischen 1.200 und 2.000 Grad Kelvin (926,85 bis 1.726,85 Grad Celsius/1700 bis 3.140 Grad Fahrenheit) vor und wird zur Bestimmung der Temperatur kühler Sterne und Brauner Zwerge verwendet. Daher bezeichnen Astronomen wie Dr. Laura Flagg von der Abteilung für Astronomie und das Carl Sagan Institute der Cornell University CrH als „Thermometer für Sterne“.

Für die Studie analysierten die Forscher das Transmissionsspektrum von WASP-31 b anhand einer Kombination aus Daten vom März 2022 und Archivdaten von 2017, um sicherzustellen, dass WASP-31 b CrH in seiner Atmosphäre besaß. Der Grund, warum die Daten aus dem Jahr 2017 in diese aktuelle Studie einbezogen wurden, lag darin, dass sie ursprünglich nicht zur Identifizierung von Metallhydriden verwendet wurden.

„Ein Teil unserer Daten für dieses Papier waren alte Daten, die am äußersten Rand des Datensatzes lagen. Sie hätten nicht danach gesucht“, sagte Dr. Flagg, der Hauptautor der Studie.

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Für den Kontext unseres eigenen Sonnensystems wurde CrH nur in Sonnenflecken auf unserer Sonne identifiziert, wobei Dr. Flagg feststellte, dass die Sonne zu heiß ist (Oberflächentemperaturen von etwa 6.000 Grad Kelvin (5.726,85 Grad Celsius)) und alle verbleibenden Objekte darin im Sonnensystem liegen unter 1.200 Grad Kelvin.

WASP-31 b wurde 2010 mithilfe der Transitphotometrie im Rahmen des WASP-Projekts entdeckt und befindet sich etwa 1.252 Lichtjahre von der Erde entfernt, mit einem Radius, der etwas mehr als 1,5-mal größer als der von Jupiter ist, und einer Masse, die ebenfalls knapp der Hälfte davon entspricht. Seine Umlaufzeit um seinen F5V-Hauptreihenstern beträgt 3,4 Tage, was WASP-31 zu einem „heißen Jupiter“ macht. Im Kontext wird unsere Sonne als Hauptreihenstern vom G-Typ bezeichnet, wobei Hauptreihensterne vom F-Typ etwas größer sind und etwas höhere Oberflächentemperaturen (~6.300 Grad Kelvin) aufweisen. Dass WASP-31 b so kühl ist, wie er ist, obwohl sein Mutterstern heißer ist als unsere eigene Sonne, macht diesen Befund umso faszinierender.

Dr. Flagg ist auf die Verwendung hochauflösender Spektroskopie zur Identifizierung und Untersuchung der Atmosphären von Exoplaneten spezialisiert und untersucht gleichzeitig auch die Entstehung und Entwicklung von Exoplaneten, die junge Sterne umkreisen. Bei der Spektroskopie wird Licht verwendet, um anhand ihrer Farbe im elektromagnetischen Spektrum zu bestimmen, welche Elemente vorhanden sein könnten. Für die Astronomie bedeutet dies, die Atmosphäre von Exoplaneten mittels Spektroskopie zu untersuchen, indem sie das durch sie hindurchtretende Licht des Muttersterns misst. Im Fall von WASP-31 b wurde Spektroskopie verwendet, um das Licht seines Muttersterns zu messen, um CrH in der Atmosphäre von WASP-31 b zu identifizieren.

„Hohe spektrale Auflösung bedeutet, dass wir über sehr präzise Wellenlängeninformationen verfügen“, sagte Dr. Flagg. „Wir können Tausende verschiedener Linien bekommen. Wir kombinieren sie mit verschiedenen statistischen Methoden, verwenden eine Vorlage – eine ungefähre Vorstellung davon, wie das Spektrum aussieht – und vergleichen sie mit den Daten und gleichen sie ab. Wenn es gut passt, gibt es ein Signal. Wir haben alle verschiedenen Templates ausprobiert, und in diesem Fall hat das Chromhydrid-Templat ein Signal erzeugt.“ Dr. Flagg weist darauf hin, dass zur Identifizierung von CrH aufgrund seiner Seltenheit, selbst bei der aktuellen Temperatur, empfindliche Instrumente und Teleskope erforderlich sind.

Während das Forschungsteam angibt, dass dies der erste bestätigte Nachweis von CrH auf einem Exoplaneten ist, baut diese Forschung auf einer Studie aus dem Jahr 2021 auf, die den ersten Beweis für CrH in der Atmosphäre von WASP-31 b lieferte, aber diese Forscher haben es nicht als bestätigt bezeichnet Feststellung basierend auf ihren damaligen Daten.

Das Team weist darauf hin, dass diese neue Bestätigung von CrH Türen für die Verwendung hochauflösender Beobachtungen zur Untersuchung der Atmosphäre von Exoplaneten öffnen könnte, und geht sogar so weit, dass WASP-31 b nicht der letzte Exoplanet sein wird, auf dem die Anwesenheit von CrH bestätigt wird.

Wie viele weitere Exoplaneten werden Astronomen das Vorhandensein von CrH im gesamten Kosmos bestätigen, und was kann CrH uns in den kommenden Jahren und Jahrzehnten über die Atmosphären von Exoplaneten lehren? Nur die Zeit wird es zeigen, und das ist der Grund, warum wir wissenschaftlich arbeiten!

Machen Sie wie immer weiter mit der Wissenschaft und schauen Sie weiter nach oben!