Webb der NASA entdeckt wirbelnde, grobkörnige Wolken auf einem abgelegenen Planeten

Diese Abbildung zeigt die wirbelnden Wolken, die vom James Webb-Weltraumteleskop in der Atmosphäre des Exoplaneten VHS 1256 b identifiziert wurden. Der Planet ist etwa 40 Lichtjahre entfernt und umkreist zwei Sterne. Die mit Silikatstaub gefüllten Wolken des Planeten steigen ständig auf, vermischen sich und bewegen sich. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI) Vollständige Bilddetails

In nur wenigen Beobachtungsstunden entdeckte das Weltraumteleskop eine dynamische Atmosphäre auf einem Planeten, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.

Forscher, die mit dem James Webb-Weltraumteleskop der NASA beobachteten, haben Silikatwolkenmerkmale in der Atmosphäre eines fernen Planeten lokalisiert. Die Atmosphäre steigt während ihres 22-Stunden-Tages ständig auf, vermischt und bewegt sich, wodurch heißeres Material nach oben und kälteres Material nach unten gedrückt wird. Die daraus resultierenden Helligkeitsänderungen sind so dramatisch, dass es sich um das Objekt mit der größten bisher bekannten Planetenmasse handelt. Das Team unter der Leitung von Brittany Miles von der University of Arizona konnte mit Webbs Daten außerdem außerordentlich eindeutig Wasser, Methan und Kohlenmonoxid nachweisen und Hinweise auf Kohlendioxid finden. Dies ist die größte Anzahl an Molekülen, die jemals auf einmal auf einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems identifiziert wurde.

Der als VHS 1256 b katalogisierte Planet ist etwa 40 Lichtjahre entfernt und umkreist über einen Zeitraum von 10.000 Jahren nicht nur einen, sondern zwei Sterne. „VHS 1256 b ist etwa viermal weiter von seinen Sternen entfernt als Pluto von unserer Sonne, was ihn zu einem großartigen Ziel für Webb macht“, sagte Miles. „Das bedeutet, dass sich das Licht des Planeten nicht mit dem Licht seiner Sterne vermischt.“ Weiter oben in der Atmosphäre, wo die Silikatwolken brodeln, erreichen die Temperaturen glühende 1.500 Grad Fahrenheit (830 Grad Celsius).

Instrumente an Bord des James Webb-Weltraumteleskops, sogenannte Spektrographen, eines auf seinem Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) und ein weiteres auf seinem Mittelinfrarot-Instrument (MIRI), beobachteten den Planeten VHS 1256 b. Das resultierende Spektrum zeigt Signaturen von Silikatwolken, Wasser, Methan und Kohlenmonoxid.

In diesen Wolken entdeckte Webb sowohl größere als auch kleinere Silikatstaubkörner, die in einem Spektrum dargestellt sind. „Die feineren Silikatkörner in seiner Atmosphäre ähneln möglicherweise eher winzigen Partikeln im Rauch“, bemerkte Co-Autorin Beth Biller von der University of Edinburgh in Schottland. „Die größeren Körner könnten eher wie sehr heiße, sehr kleine Sandpartikel sein.“

VHS 1256 b hat im Vergleich zu massereicheren Braunen Zwergen eine geringe Schwerkraft, was bedeutet, dass seine Silikatwolken höher in seiner Atmosphäre erscheinen und bleiben können, wo Webb sie entdecken kann. Ein weiterer Grund, warum der Himmel so turbulent ist, ist das Alter des Planeten. Astronomisch gesehen ist es recht jung. Seit seiner Entstehung sind erst 150 Millionen Jahre vergangen – und er wird sich über Milliarden von Jahren weiter verändern und abkühlen.

In vielerlei Hinsicht betrachtet das Team diese Ergebnisse als die ersten „Münzen“, die aus einem Spektrum hervorgeholt wurden, das Forscher als Schatztruhe an Daten betrachten. Sie haben gerade erst begonnen, den Inhalt zu identifizieren. „Wir haben Silikate identifiziert, aber um besser zu verstehen, welche Korngrößen und -formen zu bestimmten Wolkentypen passen, wird eine Menge zusätzlicher Arbeit erforderlich sein“, sagte Miles. „Dies ist nicht das letzte Wort auf diesem Planeten – es ist der Beginn einer groß angelegten Modellierungsbemühungen, um Webbs komplexe Daten anzupassen.“

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Obwohl alle vom Team beobachteten Merkmale von anderen Teleskopen auf anderen Planeten in der Milchstraße entdeckt wurden, identifizierten andere Forschungsteams in der Regel jeweils nur eines. „Kein anderes Teleskop hat so viele Merkmale auf einmal für ein einzelnes Ziel identifiziert“, sagte Co-Autor Andrew Skemer von der University of California in Santa Cruz. „Wir sehen viele Moleküle in einem einzigen Spektrum von Webb, die die dynamischen Wolken- und Wettersysteme des Planeten detailliert beschreiben.“

Zu diesen Schlussfolgerungen gelangte das Team durch die Analyse von Daten, die als Spektren bekannt sind und von zwei Instrumenten an Bord von Webb, dem Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) und dem Mid-Infrared Instrument (MIRI), gesammelt wurden. Da der Planet in einer so großen Entfernung um seine Sterne kreist, konnten die Forscher ihn direkt beobachten, anstatt diese Daten mithilfe der Transittechnik oder eines Koronographen zu erfassen.

In den kommenden Monaten und Jahren wird es noch viel mehr über VHS 1256 b zu lernen geben, da dieses Team – und andere – weiterhin die hochauflösenden Infrarotdaten von Webb durchforsten. „Eine sehr bescheidene Teleskopzeit bringt einen enormen Nutzen“, fügte Biller hinzu. „Mit nur wenigen Beobachtungsstunden haben wir ein gefühlt endloses Potenzial für weitere Entdeckungen.“

Was könnte in Milliarden von Jahren aus diesem Planeten werden? Da es so weit von seinen Sternen entfernt ist, wird es mit der Zeit kälter und der Himmel kann von bewölkt zu klar wechseln.

Die Forscher beobachteten VHS 1256 b im Rahmen von Webbs Early Release Science-Programm, das dazu beitragen soll, die Fähigkeit der astronomischen Gemeinschaft zu verbessern, Planeten und die Scheiben, in denen sie entstehen, zu charakterisieren.

Der Artikel des Teams mit dem Titel „The JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems II: A 1 to 20 Micron Spectrum of the Planetary-Mass Companion VHS 1256-1257 b“ wird am 22. März in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht .

Das James Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumobservatorium. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, über die fernen Welten um andere Sterne hinausblicken und die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm, das von der NASA mit ihren Partnern ESA (European Space Agency) und CSA (Canadian Space Agency) geleitet wird.

MIRI wurde im Rahmen einer 50:50-Partnerschaft zwischen NASA und ESA entwickelt. Das Jet Propulsion Laboratory der NASA leitete die US-Bemühungen für MIRI, und ein multinationales Konsortium europäischer astronomischer Institute leistet einen Beitrag zur ESA. George Rieke von der University of Arizona ist der Leiter des MIRI-Wissenschaftsteams. Gillian Wright ist die europäische Hauptforscherin des MIRI. Alistair Glasse vom UK ATC ist der MIRI-Instrumentenwissenschaftler und Michael Ressler ist der US-Projektwissenschaftler am JPL. Laszlo Tamas von UK ATC leitet das Europäische Konsortium. Die Entwicklung des MIRI-Kryokühlers wurde von JPL in Zusammenarbeit mit Northrop Grumman in Redondo Beach, Kalifornien, und dem Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, geleitet und verwaltet. Caltech verwaltet JPL für die NASA.

Weitere Informationen zur Webb-Mission finden Sie unter:

https://www.nasa.gov/webb

Laura Betz

Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD.

[email protected]

Claire Blome / Christine Pulliam

Space Telescope Science Institute, Baltimore, MD.

[email protected] / [email protected]

Calla Cofield

Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien.

626-808-2469

[email protected]

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