Exoplaneten werden häufig mithilfe der Transitmethode entdeckt (mehr als drei Viertel aller entdeckten Planeten wurden auf diese Weise gefunden). Sie können mit der gleichen Transitmethode untersucht werden, wodurch oft Details über ihre Atmosphäre ans Licht kommen.
Die Beobachtungen werden normalerweise im sichtbaren Licht oder im Infrarotbereich durchgeführt, doch eine neue Studie legt nahe, dass auch Röntgenstrahlen nützlich sein könnten. So würden Wechselwirkungen von Sternwinden mit der Atmosphäre des Planeten beispielsweise zu Röntgenemissionen führen, die Informationen über die Atmosphäre liefern.
Während wir unsere Erforschung von Exoplaneten vorantreiben, entwickeln wir unser Verständnis unseres eigenen Sonnensystems und letztlich der Ursprünge des Lebens im Universum.
Der erste Planet um einen anderen Stern wurde 1992 bestätigt. Seitdem haben Astronomen auf der ganzen Welt Tausende von Exoplaneten entdeckt, die sich stark voneinander unterscheiden. Einige sind Gasriesen wie Jupiter, andere sind klein und felsig und ähneln eher der Erde.
Ihre Positionen unterscheiden sich auch von ihrem Mutterstern, wobei einige davon verlockenderweise in der bewohnbaren Zone umkreisen, also in der Region, in der flüssiges Wasser durchaus möglich ist. Die meisten Entdeckungen liegen im sichtbaren Spektrum, aber der Einsatz von Röntgenteleskopen hat uns bei der Suche nach und dem Verständnis fremder Welten ein neues Fenster geöffnet.
Die meisten Exoplaneten, die mit sichtbarem Licht entdeckt wurden, haben in der Regel kurzperiodische Umlaufbahnen und sind aufgrund ihrer Nähe zu ihrem Mutterstern hohen Strahlungswerten ausgesetzt. Diese Strahlungsgrade liegen oft im Röntgen- und extremen Ultraviolettbereich und erhitzen die oberen Schichten der Atmosphäre des Planeten. Dies führt dazu, dass sich die Atmosphäre über den Radius hinaus ausdehnt, in dem die Schwerkraft sie halten kann, und so entweichen Gase in den Weltraum.
Es ist interessant, dass ein solches Phänomen einige interessante Untersuchungsbereiche bietet, wie etwa das Fehlen von Planeten im Bereich des 1,5- bis 2-fachen Erdradius und von Planeten von der Größe Neptuns auf Umlaufbahnen von 10 Tagen oder weniger.
Es wurde vermutet, dass der Verlust atmosphärischer Gase die Seltenheit von Planeten in Neptungröße auf engen Umlaufbahnen erklärt. Die sogenannten Sub-Neptune, die felsige Kerne haben, haben jedoch eine höhere Gravitationskraft, sodass sie trotz ihrer Nähe zum Stern ihre Atmosphäre behalten können. Das Studium der Atmosphären von Exoplaneten sollte dazu beitragen, diese Prozesse genauer zu verstehen.
Röntgentransitereignisse sind die perfekte Möglichkeit, die Röntgenstrahlung von Exoplanetentransiten zu untersuchen. Die Ereignisse sind jedoch recht schwach, was Röntgenbeobachtungen mit der aktuellen Technologie schwierig macht.
Ein Team von Astronomen der University of Michigan unter der Leitung von Raven Cilley hat eine Papier zum Preprint-Server arXiv Erforschung der Fähigkeit zukünftiger Röntgenobservatorien (wie NewAthena und Advanced X-ray Imaging Satellite – AXIS), mehr Transitereignisse zu erkennen.
Mithilfe von Daten aus dem Exoplanetenarchiv der NASA fand das Team zunächst Ziele, bei denen Röntgenbeobachtungen fehlten, und schätzte die Röntgenleuchtkraft anhand von Alter, Farbe und Rotation. Die Transite wurden so modelliert, wie sie in AXIS- und NewAthena-Beobachtungen auftreten würden, und die Forscher ermittelten die Wahrscheinlichkeit, mit der jeder Transit anhand simulierter Lichtkurven erkennbar ist.
Das Team stellte fest, dass die 15 wichtigsten Transite wahrscheinlich erkannt wurden, allerdings nur, wenn mehrere Lichtkurven übereinandergelegt wurden. Exoplaneten ohne atmosphärisches Entkommen waren weniger wahrscheinlich zu erkennen.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Wahrscheinlichkeit, Röntgenstrahlen von Exoplanetentransiten zu entdecken, mit neuen Technologien wie AXIS und NewAthena erheblich zunimmt. Die verbesserten Möglichkeiten werden zu einem besseren Verständnis der Eigenschaften der Atmosphären von Exoplaneten in ihrem aktuellen und früheren Zustand führen und auch unsere Chancen bei der Suche nach bewohnbaren Welten verbessern.
Weitere Informationen:
Raven Cilley et al., Entdeckung von Exoplanetentransits mit der nächsten Generation von Röntgenteleskopen, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2408.06417