Analyse der Atmosphäre von Exoplaneten

Ein von der EU geförderter Forscher entwickelte ein neues Tool, mit dem wir neue Erkenntnisse über die Atmosphäre großer Planeten und letztendlich auch über deren Entstehung sammeln können.

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Astronomen möchten seit langem klären, wie Planeten entstehen. Zu diesem Zweck beobachten sie Exoplaneten und stellen ihre Zusammensetzung fest – dies ist jedoch einfacher gesagt als getan. In den letzten Jahren wurden Teleskope, mit denen Planeten und Sterne direkt untersucht werden können, zwar mit zahlreichen neuen Instrumenten aufgerüstet, durch die wolkige Atmosphäre vieler Zielobjekte wird es jedoch schwierig, die erhobenen Daten korrekt zu interpretieren.

Im Rahmen des EU-geförderten Projekts CALEXOPLAN entwickelte Marie-Curie-Stipendiat Dr. Ben Burningham einen neuen Code, der die Auswertung dieser Daten ermöglicht, sodass Zusammensetzung, Temperaturprofil, Oberflächengravitation und Wolkeneigenschaften berechnet werden können, selbst wenn das beobachtete Objekt von Wolken umhüllt ist. Das Tool wurde an selbstleuchtenden Braunen Zwergen getestet, mit dem Ziel, es in naher Zukunft auch für Exoplaneten anzuwenden. „Da wir Himmelskörper untersuchen möchten, bei denen Wolken das Licht aus tieferen Bereichen der Atmosphäre blockieren, sind exakte Kalibrierungen erforderlich, und wir müssen sicherstellen, dass unsere Tools wie vorgesehen funktionieren“, erklärt Dr. Burningham.

Testmodell

Braune Zwerge ähneln riesigen Planeten, entstehen jedoch eigenständig und nicht aus den Akkretionsscheiben, die entstehende Sterne umgeben, wodurch sie in vielerlei Hinsicht einfacher zu beobachten sind. „Sie werden nicht vom Licht eines nahen Sterns überstrahlt, sodass wir bessere Daten erhalten und gleich zu Beginn eine genauere Vorstellung von ihrer Zusammensetzung haben“, so Dr. Burningham. „Wir können diese Daten als Referenzwerte heranziehen, und derzeit nutzen wir sie, um unser neues Beobachtungstool zu kalibrieren.“

„Für bewölkte Objekte dieser Art wurde dies noch nie durchgeführt, in CALEXOPLAN laufen also die ersten Feldversuche mit Braunen Zwergen, auf denen mehrere Wolkentypen vorhanden sind“, fügt Burningham hinzu.

Bei Dr. Burninghams Tool kommt ein Verfahren namens „Atmospheric Retrieval“ zum Einsatz, ein Verfahren, das zur Erforschung von Planeten innerhalb unseres Sonnensystems verbreitet ist, jedoch nicht zur Untersuchung Brauner Zwerge und selbstleuchtender großer Planeten. „Wir bauen auf ein Tool auf, das für unser eigenes Sonnensystem angewendet wird, und schreiben es für extrasolare Planeten um, bei denen es sich um junge Himmelskörper handelt, die von selbst leuchten anstatt durch reflektiertes Sternenlicht sichtbar zu werden“, sagt er.

Das übergeordnete Ziel

Die Ergebnisse werden in naher Zukunft zwar nicht die breite Öffentlichkeit erreichen, doch dass Braune Zwerge beobachtet werden können, selbst wenn sie von Wolken umhüllt sind, ist ein wichtiger Fortschritt, von dem künftige Forschungsprojekte profitieren können. So könnte in Zukunft geklärt werden, wie Planeten entstehen und ob sie bewohnbar sein könnten.

„Wir könnten beispielsweise herausfinden, dass wir weniger über die Wechselwirkungen zwischen Atmosphärengasen und Licht wissen, als wir dachten. Dies würde Forscher unterstützen, die in Zukunft biologische Signaturen untersuchen möchten“, sagt Dr. Burningham. „Diese Forschung betreiben wir eher aus Neugier als aus wirtschaftlichen Gründen, jedoch geht es hier um Fragen zum Ursprung der Menschheit, auf die wir schon immer Antworten suchen.“

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