Exoplanet mit eisenhaltiger Luft

Mit einer Temperatur von rund 4000 Grad Celsius ist KELT-9b der heißeste Exoplanet, den Astronomen bislang kennen. In der Atmosphäre der 650 Lichtjahre von uns entfernten Welt entdeckte ein Forscherteam um Jens Hoeijmakers von der Universität Genf nun Eisen und Titan. Die chemischen Elemente in der Gashülle um solche „Heißen Jupiter“ können Aufschluss darüber geben, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“, wie sich diese extremen Planeten entwickeln.

KELT-9b umkreist seinen Zentralstern alle 36 Stunden in einem Abstand von etwa fünf Millionen Kilometern, was einem Dreißigstel der Erde-Sonne-Distanz entspricht. Zudem ist der Zentralstern mit einer Oberflächentemperatur von über 10 000 Grad Celsius fast doppelt so heiß wie unsere Sonne. Dadurch heizt sich der Planet – der etwa doppelt so groß und dreimal so massereich ist wie Jupiter – extrem auf und übertrifft mit seiner Temperatur sogar manche Sterne.

Astronomen vermuten, dass solche extremen Planeten durch die intensive Strahlung ihres Zentralsterns sogar vollständig verdampfen können. „KELT-9b ist ein einzigartiges Laboratorium für die Analyse der atmosphärischen Evolution unter dem Einfluss der extremen Strahlung eines nahen Sterns“, erklärt Teammitglied David Ehrenreich von der Universität Genf. Theoretische Modelle hatten bereits angedeutet, dass die Atmosphäre von KELT-9b dampfförmiges Eisen enthalten dürfte. „Die theoretischen Vorhersagen dienten uns quasi als Schatzkarte“, erläutert Hoeijmakers.

Bei ihrer Suche machten sich die Forscher zunutze, dass der Planet von der Erde aus gesehen alle 36 Stunden vor seinem Stern vorüberzieht. Mit einem speziellen Instrument am Galileo-Teleskop auf La Palma untersuchte das Team das Sternlicht, das bei einem solchen Transit durch die Atmosphäre von KELT-9b dringt. Die chemischen Elemente in der gasförmigen Hülle absorbieren einen Teil der Strahlung und hinterlassen dabei charakteristische Linien im Spektrum des Sternlichts.

Tatsächlich gelang es Hoeijmakers und seinen Kollegen, die Absorptionslinien von neutralem und einfach ionisiertem Eisen im Spektrum nachzuweisen. „Und als wir in den Daten tiefer gruben, fanden wir sogar noch mehr,“ berichtet Hoeijmakers. Nämlich Absorptionslinien des Metalls Titan, das offenbar ebenfalls in Form von Dampf in der Atmosphäre von KELT-9b vorkommt. Die Entdeckung der beiden Elemente gelang nur, weil die Metalle in ihrer atomaren Form vorliegen und nicht – wie bei kühleren Planeten – in ihrer molekularen Form in Staubpartikeln gebunden sind. Mit ihrem Ansatz wollen die Wissenschaftler künftig auch die Atmosphären weiterer extrem heißer Planeten untersuchen.