Daten des Weltraumteleskops James Webb von NASA/ESA/CSA ergaben in Kombination mit früheren Beobachtungen des NASA/ESA-Weltraumteleskops Hubble einen überraschenden Mangel an Methan (CH4) in der Atmosphäre von WASP-107 b. Dies deutet darauf hin, dass das Innere des Planeten deutlich heißer und der Kern viel massereicher ist als bisher angenommen. Zwei unabhängige Forscherteams haben nun eine Antwort auf das Rätsel: Warum ist der Gasriese Exoplanet WASP-107 b so „aufgebläht“?
Es wird angenommen, dass die hohe Temperatur von WASP-107 b das Ergebnis einer Gezeitenerwärmung ist, die durch die leicht exzentrische Umlaufbahn des Planeten verursacht wird. Diese Erwärmung könnte erklären, warum WASP-107 b so stark anschwillt, ohne auf extreme Theorien über seine Entstehung zurückgreifen zu müssen. Dank der außergewöhnlichen Fähigkeit des Webb-Teleskops, Licht zu messen, das durch die Atmosphäre von Exoplaneten dringt, könnten diese Ergebnisse auch das Rätsel um die Schwellung vieler Exoplaneten geringer Dichte klären.
Das WASP-107-Problem b
Mit mehr als drei Vierteln des Jupitervolumens, aber weniger als einem Zehntel seiner Masse ist WASP-107 b einer der Planeten mit der geringsten Dichte, die wir kennen. Während aufgeblähte Planeten keine Seltenheit sind, sind die meisten von ihnen heißer und massereicher und daher leichter zu erklären. Luis Welbanks von der Arizona State University (ASU), Hauptautor einer in Nature veröffentlichten Studie, erklärte: „Wir dachten, dass WASP-107 b einen sehr kleinen Gesteinskern hatte, der von einer großen Masse aus Wasserstoff und Helium umgeben war.“ Aber es war schwer zu verstehen, wie ein so kleiner Kern so viel Gas sammeln und stoppen konnte, bevor er zu einem Planeten mit der Masse von Jupiter heranwuchs.“
Hätte WASP-107 b einen massereicheren Kern, hätte sich die Atmosphäre mit der Abkühlung des Planeten zusammengezogen. Ohne eine Wärmequelle zur erneuten Expansion des Gases müsste der Planet viel kleiner sein. Trotz seiner Umlaufbahnentfernung von nur 5 Millionen Meilen erhält WASP-107 b nicht genug Energie von seinem Stern, um so aufgebläht zu werden.
Der riesige Radius und die ausgedehnte Atmosphäre von WASP-107 b machen es ideal für die Transmissionsspektroskopie, eine Methode zur Identifizierung verschiedener Gase in der Atmosphäre eines Exoplaneten. Mithilfe von Webbs NIRCam und MIRI sowie Hubbles WFC3 konstruierte Welbanks Team ein breites Lichtspektrum, das von der Atmosphäre von WASP-107 b absorbiert wird. Sings Team nutzte Webbs NIRSpec, um ein unabhängiges Spektrum zu erstellen, das 2,7 bis 5,2 Mikrometer abdeckt.
Die bemerkenswerte Präzision der Daten ermöglichte die Erkennung und Messung der Häufigkeit zahlreicher Moleküle, darunter Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Ammoniak. Stephan Birkmann von der Europäischen Weltraumorganisation betonte:
Die NIRSpec-Spektroskopie von Webb gibt uns direkte Einblicke in die Chemie von WASP-107 b und ergänzt nahtlos MIRI- und NIRCam-Beobachtungen.
Beide Spektren zeigen einen überraschenden Mangel an Methan in der Atmosphäre von WASP-107 b, ein Zeichen dafür, dass es im Inneren deutlich wärmer als erwartet war. David Sing von der Johns Hopkins University erklärte: „Methan ist bei hohen Temperaturen instabil. Das geringe Vorkommen von Methan trotz der Entdeckung anderer kohlenstoffhaltiger Moleküle weist darauf hin, dass sich heißes Gas aus der Tiefe des Planeten kräftig mit den darüber liegenden kühleren Schichten vermischt.“
Die durch die leicht elliptische Umlaufbahn von WASP-107 b verursachte Gezeitenerwärmung ist wahrscheinlich eine Quelle interner Energie. Diese Entdeckung ermöglichte es uns, die Größe des Kerns abzuschätzen, die mindestens doppelt so groß ist wie ursprünglich geschätzt. Dies macht WASP-107 b weniger mysteriös als bisher angenommen.
