Mit Webb-Teleskop

Erstmals Schwefeldioxid bei Exoplanet gefunden

Künstlerische Illustration: Der Exoplanet WASP-3b (im Vordergrund), in dessen Atmosphäre Schwefeldioxid gefunden wurde, und sein Stern (links oben)

(Bild: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STSc))

Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) konnte jetzt erstmals Schwefeldioxid (SO2) in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems (Exoplanet) nachgewiesen werden. Nach den Angaben der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) handelt es sich um einen Exoplanet namens WASP-39b und einen „neuen Meilenstein“ für das Observatorium im Weltall, der „ein neues Fenster in die Vergangenheit von Exoplaneten“ eröffne.

WASP-39b ist ein heißer Gasriese außerhalb unseres Sonnensystems. Der Planet, der fast 1150 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, umkreist seinen sonnenähnlichen Stern alle 3,4 Tage und ist für „James Webb“ gut sichtbar.

Astronomen haben den Exoplaneten aus der Kategorie der „Heißen Jupiter“ für die Erprobung des JWST ausgesucht, da sich seine aufgeblähte Atmosphäre für das Verfahren der Transit-Spektroskopie besonders eignet. Versteht man, wie die Atmosphäre eines Planeten zusammengesetzt sei, können Rückschlüsse auf den Ursprung des Planeten und seine Entwicklung gezogen werden.

(Bild: NASA)

Und tatsächlich konnte das JWST (Bild oben) mit seinen wissenschaftlichen Instrumenten sein Potenzial voll entfalten: Mithilfe des Sternenfinder und Imager NIRISS, der Nah-Infrarot-Kamera (NIRCam) und des Nahinfrarot-Spektrografen (NIRSpec) hat ein internationales Forscherteam den Fingerabdruck von Schwefeldioxid in dem Licht, das die Atmosphäre von WASP-39b durchquerte, nachgewiesen.

„Das ist ein Novum und ein großer Schritt“
Die Geräte auf dem JWST decken unterschiedliche Teile des infraroten Spektrums und Wellenlängen zwischen 0,5 bis 5 Mikrometer ab. „Das ist ein Novum und ein großer Schritt vorwärts in der Geschichte der Exoplaneten-Forschung. Denn so eine große Abdeckung in hoher Auflösung erlaubt es uns, die Chemie von Exoplaneten-Atmosphären in ihrer Gesamtheit zu erfassen“, erläuterte Ludmila Carone vom Grazer Institut für Weltraumforschung (IWF) der ÖAW anlässlich der jüngsten Publikationen.

(Bild: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STSc))

Die Auswertungen der Daten (Grafik oben) zeigen eine Fülle bereits bekannter Atome und Moleküle wie Natrium (Na), Kalium (K), Wasser (H2O), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Die Umgebung des heißen Gasriesen zeigte sich reich an Wasserstoff (H) und Helium (He). Moleküle wie H2O, CO und CO2 waren durchaus zu erwarten gewesen. Das Spektrum zeigte jedoch auch einen „Hügel“, der für die Wissenschaftler überraschend war.

„Man sah auf einmal ein Molekül mehr als erwartet“, erläuterte IWF-Direktorin Christiane Helling. Experten für Spektroskopie identifizierten das Molekül: Es handelte sich um Schwefeldioxid (SO2), das in einem Wasserstoff-Helium-reichen Gasriesen wie WASP-39b für große Überraschung sorgte.

Denn die „normale“ Chemie ließ kein Vorhandensein von Schwefeldioxid (SO2) vermuten. Die Wissenschaftler haben jedoch bereits eine mögliche Erklärung dafür gefunden: Demnach können Photonen mit ausreichender Energie - in diesem Fall die UV-Strahlung des Zentralgestirns von WASP-3b - es schaffen, Atmosphären-Moleküle wie Schwefelwasserstoff (H2S) und Wasser (H2O) zu spalten. Die Spaltprodukte wiederum können dann neue Kombinationen - wie zum Beispiel SO2 - bilden.