Webb entdeckt Quarzkristalle in Wolken von heißen Gasriesen

Forscher haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA Hinweise auf Quarz-Nanokristalle in den Höhenwolken von WASP-17 b entdeckt, einem heißen Jupiter-Exoplaneten 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Der Nachweis, der mit MIRI (Webbs Mid-Infrared Instrument) einzigartig möglich war, markiert das erste Mal, dass Siliziumoxidpartikel (SiO2) in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt wurden.

Die Quarzkristalle sind nur etwa 10 Nanometer groß und damit so klein, dass 10.000 davon nebeneinander in ein menschliches Haar passen würden. Über ihre Größe und Zusammensetzung aus reinem Siliziumdioxid wurde in „JWST-TST DREAMS: Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b“ berichtet. veröffentlicht In Astrophysikalische Tagebuchbriefe.

„Hubble-Daten spielten tatsächlich eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung der Größe dieser Partikel. Wir wissen allein aus den MIRI-Daten von Webb, dass es Siliziumoxid gibt, aber wir brauchten die sichtbaren und nahinfraroten Beobachtungen von Hubble für den Kontext, um herauszufinden, wie groß die Kristalle sind.“ „, sagte Co-Autorin Nikole Lewis, außerordentliche Professorin für Astronomie am College of Arts and Sciences, Mitglied des Carl Sagan Institute und Leiterin des Webb Guaranteed Time Observation (GTO)-Programms, das dabei helfen soll, eine dreidimensionale Ansicht von a zu erstellen heiße Jupiteratmosphäre.

Webb beobachtete das WASP-17-System fast zehn Stunden lang und sammelte mehr als 1.275 Helligkeitsmessungen von 5 bis 12 Mikrometer Licht im mittleren Infrarotbereich, als der Planet seinen Stern passierte. Durch Subtrahieren der Helligkeit einzelner Lichtwellenlängen, die das Teleskop erreichten, als sich der Planet vor dem Stern befand, von der Helligkeit des Sterns allein konnte das Forscherteam den Anteil jeder Wellenlänge berechnen, der von der Atmosphäre des Planeten blockiert wurde.

Es entstand eine unerwartete „Beule“ bei 8,6 Mikrometern, die am besten damit erklärt werden konnte, dass die Wolken aus Quarz und nicht aus Magnesiumsilikaten oder anderen möglichen Hochtemperaturaerosolen wie Aluminiumoxid bestanden.

Webbs einzigartige Fähigkeit, die äußerst subtilen Auswirkungen dieser Kristalle auf das Sternenlicht zu messen – und das aus einer Entfernung von mehr als 7 Millionen Milliarden Meilen – liefert wichtige Informationen über die Zusammensetzung der Atmosphären von Exoplaneten und neue Einblicke in ihr Wetter.

Die Ergebnisse der Autoren des Papiers, die Teil des JWST Telescope Scientist Teams sind und zu denen Forscher des Ames Research Center der NASA und des Goddard Space Flight Center der NASA gehören, verleihen unserem Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Exoplanetenwolken eine neue Dimension. Anstelle von Magnesium-reichen Silikaten wie Olivin und Pyroxen, die auf anderen Exoplaneten vorkommen, fanden die Forscher deren Bausteine, die reine Kieselsäure, die zur Bildung der größeren Silikatkörner benötigt wird, die in Braunen Zwergen und kühleren Exoplaneten vorkommen.

Mit einem Volumen von mehr als dem Siebenfachen des Jupiters und einer Masse von weniger als der Hälfte des Jupiters ist WASP-17 b einer der größten und „aufgedunsensten“ bekannten Exoplaneten. Dies und seine kurze Umlaufzeit von 3,7 Erdentagen machen den Planeten ideal für die Transmissionsspektroskopie: eine Technik, bei der die Filter- und Streueffekte der Atmosphäre eines Planeten auf das Sternenlicht gemessen werden, um Merkmale seiner Zusammensetzung zu ermitteln.

Im Gegensatz zu Mineralpartikeln, die in Wolken auf der Erde gefunden werden, werden die in den Wolken von WASP-17 b entdeckten Quarzkristalle nicht von einer felsigen Oberfläche mitgerissen. Stattdessen entstehen sie in der Atmosphäre selbst.

„WASP-17 b ist extrem heiß – etwa 2.700 Grad Fahrenheit – und der Druck, bei dem sich die Quarzkristalle hoch in der Atmosphäre bilden, beträgt nur etwa ein Tausendstel dessen, was wir auf der Erdoberfläche erleben. Unter diesen Bedingungen können sich feste Kristalle direkt bilden.“ Gas, ohne zuerst eine flüssige Phase zu durchlaufen“, sagte Erstautor David Grant von der Universität Bristol.

„Es ist schwer zu bestimmen, wie viel Quarz es genau gibt und wie weit verbreitet die Wolken sind, aber das Team möchte genau das erreichen, indem es diese Beobachtungen von WASP-17b mit anderen Beobachtungen des Systems von JWST kombiniert“, sagte Lewis.

WASP-17 b ist einer von drei Planeten, die im Rahmen der DREAMS-Untersuchungen (Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy) des JWST Telescope Scientist Teams anvisiert werden : ein heißer Jupiter, ein warmer Neptun und ein gemäßigter Gesteinsplanet.

Die MIRI-Beobachtungen des heißen Jupiter WASP-17 b wurden im Rahmen des GTO-Programms 1353 durchgeführt.