Astronomen der University of Chicago und anderswo berichten über die Entdeckung eines ausströmenden Heliums aus der Atmosphäre eines nahegelegenen Mini-Neptun-Exoplaneten namens TOI-2134 b. Die Ergebnisse wurden in einem am 3. August auf dem Pre-Print-Server veröffentlichten Forschungsbericht detailliert beschrieben arXiv.
Atmosphärisches Entweichen ist ein Prozess, bei dem atmosphärisches Gas die Gravitationsquelle des Planeten verlässt und sich im Weltraum verteilt. Dieser Prozess prägt grundlegend die Eigenschaften von Exoplaneten.
Beobachtungen zeigen, dass in einigen nahegelegenen Exoplanetensystemen, von heißen Jupitern bis hin zu Supererden/Mini-Neptunen mit geringerer Masse, eine atmosphärische Flucht auftritt. Bei heißen Jupitern sind die Massenverlustraten jedoch nicht hoch genug, um ihre Entwicklung zu beeinflussen, aber im Fall von Planeten mit geringerer Masse treibt und kontrolliert die atmosphärische Flucht ihre Entwicklung.
Exoplaneten mit erheblicher Wasserstoff-/Heliumatmosphäre unterliegen aufgrund der extremen Strahlungsniveaus in ihrer Atmosphäre einem hydrodynamischen atmosphärischen Entweichen. Dabei handelt es sich um einen thermischen atmosphärischen Fluchtmechanismus, der durch zahlreiche Kollisionen mit leichteren Atomen zum Entkommen schwererer Atome einer Planetenatmosphäre führt.
Jetzt hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Michael Zhang den atmosphärischen Austritt von Helium aus TOI-2134 b entdeckt – einem Mini-Neptun, der sich etwa 73,8 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Die Entdeckung wurde mit dem Nahinfrarotspektrometer (NIRSPEC) gemacht, das am Keck II-Teleskop auf Mauna Kea, Hawaii, montiert ist.
„In diesem Artikel präsentieren wir den ersten Nachweis von austretendem Helium aus TOI-2134 b, einem warmen Mini-Neptun, der einen nahegelegenen (23 Prozent) röntgenruhigen K-Zwerg umkreist“, schrieben die Forscher.
Die Beobachtungen ergaben, dass das Heliumsignal eine äquivalente Breite von nur 3,3 mÅ hat, was TOI-2134 b zum Planeten mit dem kleinsten Heliumsignal unter den Planeten mit nachgewiesenem Helium macht. Im Absorptionsspektrum wurde ein Spitzenwert von 0,37 % gemessen und tritt bei einer Rotverschiebung von 7 km/s auf. Es zeigt auch einen sekundären Peak mit einer Rotverschiebung von 10 km/s und einer Peakabsorption von 0,13 %.
Die Studie ergab in TOI-2134 eine starke Korrelation zwischen der energiebegrenzten Massenverlustrate und der aus Beobachtungen abgeleiteten Massenverlustrate. Es stellte sich auch heraus, dass TOI-2134 b unter den bekannten Exoplaneten mit Helium in ihrer Atmosphäre den niedrigsten Fluss im extremen Ultraviolett (XUV) aufweist.
Durch die Analyse der Ergebnisse kamen die Astronomen zu dem Schluss, dass der atmosphärische Austritt von Helium in TOI-2134 b höchstwahrscheinlich auf Photoverdampfung durch stellares XUV zurückzuführen ist, was den kerngetriebenen Massenverlustmechanismus zunichte macht. Die Ergebnisse deuten auch auf einen Zeitrahmen für den Massenverlust in der Größenordnung von Milliarden Jahren hin.
Die Forscher ermutigen zu weiteren Beobachtungen von TOI-2134 b und anderen Mini-Neptunen mit Heliumausflüssen, die reife Sterne umkreisen. Sie hoffen, dass solche Studien uns helfen werden, die Natur der atmosphärischen Flucht in fremden Welten besser zu verstehen.
Mehr Informationen:
Michael Zhang et al., Ausströmendes Helium aus einem reifen Mini-Neptun, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2308.02002
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