Ein Team von Astronomen hat Beobachtungen des Hobby-Eberly-Teleskops (HET) an der University of Texas am McDonald-Observatorium in Austin genutzt, um einige der längsten Gasschweife zu entdecken, die bisher beim Entweichen eines Planeten beobachtet wurden.
Der Planet HAT-P-32b ist fast doppelt so groß wie Jupiter und verliert seine Atmosphäre durch dramatische Heliumstrahlen, die sich vor und hinter ihm auf seiner Reise durch den Weltraum entfalten. Diese Schweife sind mehr als 50-mal so lang wie der Planetenradius. Die Entdeckung wird am 7. Juni in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.
Schweife aus austretendem Material rund um Planeten sind keine Seltenheit. Sie können das Ergebnis einer Kollision sein, die eine Staub- und Schmutzspur hinterlässt. Oder sie können durch die Hitze eines nahegelegenen Sterns verursacht werden, der die Atmosphäre eines Planeten mit Energie versorgt und in den Weltraum bläst. Schwänze, die so lang sind wie die von HAT-P-32b, sind jedoch wirklich bemerkenswert.
„Es ist spannend zu sehen, wie gigantisch die ausgedehnten Schweife im Vergleich zur Größe des Planeten und seines Muttersterns sind“, sagte Zhoujian Zhang, Sagan-Stipendiat der NASA an der University of California in Santa Cruz. Er leitete das Team, das diese Entdeckung machte, während er Teil des HET-Exosphärenprojekts der University of Texas at Austin war. Das HET Exospheres Project untersucht die Atmosphären von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems.
Erkennung der dramatischen Schweife von HAT-P-32b
Um mehr über die Atmosphäre von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu erfahren, können Astronomen ihren Mutterstern beobachten, während der Planet vor ihm vorbeizieht. Dies wird als „Transit“ bezeichnet. Ein Beispiel wäre, wenn die Venus zwischen Erde und Sonne wandert.
Während eines Transits strahlt der Stern Licht durch die Atmosphäre des vorbeiziehenden Planeten – sofern vorhanden. Mit einer Methode namens „Spektroskopie“ können Astronomen dieses Licht untersuchen, um herauszufinden, welche Elemente in der Atmosphäre vorhanden sind. Bei der Spektroskopie wird das Licht in ein Spektrum zerlegt, ähnlich wie weißes Licht, das durch ein Prisma scheint. Verschiedene Farbbänder im Spektrum entsprechen unterschiedlichen Elementen.
Frühere Studien hatten die Schwänze von HAT-P-32b entdeckt. Da die Astronomen den Planeten jedoch nur beobachtet hatten, während er vor seinem Stern vorbeizog, blieb die wahre Größe der Schweife unbekannt.
„Ohne die Langzeitbeobachtungen, die wir mit dem Hobby-Eberly-Teleskop machen können, hätten wir das nicht gesehen“, sagte Caroline Morley, Assistenzprofessorin an der University of Texas in Austin und Hauptforscherin des HET Exospheres Project. „Es ermöglichte uns, diesen Planeten in seiner gesamten Umlaufbahn zu beobachten.“
Zhangs Team beobachtete HAT-P-32b über mehrere Nächte hinweg und hielt den Moment fest, als der Planet vor dem Stern vorbeizog, sowie Beobachtungen in den Tagen davor und danach. Dies deckte die gesamte Zeit ab, die der Planet benötigt, um seinen Stern zu umkreisen, und stellte sicher, dass das volle Ausmaß seines Schweifs sichtbar wurde.
Die Schweife von HAT-P-32b werden wahrscheinlich dadurch verursacht, dass sein Mutterstern in der Atmosphäre des Planeten verdampft. Der Planet wird von Astronomen als „heißer Jupiter“ bezeichnet, was bedeutet, dass er groß, heiß und gasförmig ist und seinen Stern in einer engen Umlaufbahn umkreist. Seine Umlaufbahn ist so eng, dass die Hitze seines Muttersterns dazu führt, dass sich das Gas in der Atmosphäre von HAT-P-32b ausdehnt. Die Atmosphäre hat sich so stark ausgedehnt, dass ein Teil davon der Anziehungskraft des Planeten entgangen ist und in die Umlaufbahn um den nahegelegenen Stern gezogen wurde.
„Unsere Erkenntnisse zu HAT-P-32b könnten uns helfen zu verstehen, wie andere Planeten und ihre Sterne interagieren“, sagte Morley. „Wir sind in der Lage, hochpräzise Messungen an heißen Jupitern wie diesem durchzuführen und unsere Erkenntnisse dann auf ein breiteres Spektrum von Planeten anzuwenden.“
Hobby-Eberly-Teleskop (HET) und die Untersuchung der Planetenatmosphären
Das HET eignet sich besonders gut zur Untersuchung der Atmosphären auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Sein hochauflösendes Instrument, der Habitable-Zone Planet Finder-Spektrograph, ist in der Lage, Objekte im nahen Infrarotwellenlängenbereich zu beobachten. Dazu gehört auch die mit Helium verbundene Wellenlänge, die es Astronomen ermöglicht, das aus HAT-P-32b und anderen ähnlichen Planeten austretende Gas zu beobachten.
Ein weiterer Vorteil der Beobachtung mit HET besteht darin, dass jede Nacht derselbe Himmelsausschnitt erfasst wird. Im Gegensatz zu den meisten anderen Teleskopen, die sich nach oben und unten neigen, ist der 10 x 11 Meter große Spiegel des HET immer in einem Winkel von 55 Grad über dem Horizont geneigt. Dies kann zu hochpräzisen Langzeitbeobachtungen desselben Himmelsstreifens jede Nacht führen.
„Da wir das System mehrere Tage hintereinander jede Nacht beobachten können, können wir physisch große Strukturen wie diese erkennen“, sagte Zhang. „Andere Planeten könnten auch ausgedehnte entweichende Atmosphären haben, die darauf warten, durch ähnliche Überwachung entdeckt zu werden.“
Mehr Informationen:
Zhoujian Zhang et al., Riesige Gezeitenschweife aus Helium, die dem heißen Jupiter HAT-P-32 b entkommen, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf8736