Blick in die Atmosphäre eines Exoplaneten

Riesenplaneten entstehen vermutlich aus einem festen Kern aus Eis und Gestein, der Gas aus der Umgebung anzieht. Das zeigt die bislang genaueste Untersuchung der Atmosphäre eines großen Gasplaneten, der einen 130 Lichtjahre entfernten Stern umkreist. Wie ein Team von Astronomen im Fachblatt „Science“ berichtet, enthält die obere Atmosphäre des Planeten HR 8799c Kohlenmonoxid und Wasserdampf, aber kein Methan.

Infrarotaufnahme des jungen Planetensystems um den Stern HR 8799

„Die Untersuchung des Planetensystems des Sterns HR 8799 zeigt uns, wie jupiterähnliche Planeten kurz nach ihrer Entstehung aussehen“, sagt Quinn Konopacky von der University of Toronto. Mit einem Alter von 30 Millionen Jahren ist der Stern noch sehr jung. Zum Vergleich: Unsere Sonne ist 4,5 Milliarden Jahre alt. Insgesamt vier große Gasplaneten mit der drei- bis siebenfachen Jupitermasse hatten Astronomen 2008 und 2010 bei HR 8799 aufgespürt. Im Gegensatz zu den meisten bekannten Exoplaneten sind die Begleiter von HR 8799 direkt im Teleskop sichtbar. „Wir können diese Planeten direkt beobachten, weil sie groß und jung sind und weil sie weit entfernt von ihrem Stern kreisen“, so Christian Marois vom National Research Council of Canada.

Konopacky, Marois und ihre Kollegen haben mit einem der beiden zehn Meter großen Keck-Teleskope auf Hawaii das bislang detailreichste Spektrum des Planeten HR 8799c aufgenommen. Die Forscher konnten zahlreiche Spektrallinien identifizieren, die von Wasser- und Kohlenmonoxidmolekülen stammen. Wie bereits bei Untersuchungen aus dem Jahr 2010 konnten sie jedoch kein Methan nachweisen. „Das Fehlen von Methan erlaubt uns Rückschlüsse auf die chemischen Prozesse in der Atmosphäre dieses jungen Gasplaneten“, sagt Konopacky.

Die genaue Analyse des Spektrums zeigt, dass die chemische Zusammensetzung der Planetenatmosphäre anders ist als die des Zentralsterns. Diese Abweichung – ein erhöhtes Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff – lasse sich über den Entstehungsprozess des Planeten verstehen, so die Wissenschaftler. Bislang konkurrieren zwei Theorien miteinander: Im Modell der Gravitationsinstabilität bilden sich Kern und Atmosphäre gemeinsam aus einem sich verdichtenden und kollabierenden Teil der rotierenden Gas- und Staubwolke, die einen jungen Stern umgibt. Im Kernakkretions-Modell dagegen bildet sich zunächst ein fester Kern aus Eis und Gestein, der mit seiner Schwerkraft Gas aus der Umgebung anzieht. Dieses Gas enthält dann bereits weniger Wasser und damit auch weniger Sauerstoff.

Konopacky und ihre Kollegen sehen das erhöhte Verhältnis von Kohlenstoff und Sauerstoff daher als Indiz für eine Entstehung des Planeten über den Kernakkretionsprozess. Dieses Modell sagt auch voraus, dass Gasplaneten weit entfernt von dem Stern entstehen, während sich in kleinerem Abstand felsige Planeten bilden. „Es wäre deshalb keine Überraschung“, so die Forscher, „wenn wir bei HR 8799 auch erdähnliche Planeten auf engeren Umlaufbahnen finden würden.“