Wolkige Aussichten für die „Wasserwelt“ GJ 1214b

Berta et al. (2011): http://arxiv.org/abs/1111.5621

Ein Spektrum eines Exoplaneten schön und gut, doch seit der Veröffentlichung Ende 2011 bereitet das hier gezeigte Transmissionsspektrum von GJ 1214b den Exoplanetenforschern Kopfzerbrechen. Bei dieser Analysemethode fällt Licht des 14,7mag schwachen Heimatsterns durch die 550 Kelvin heiße Atmosphäre der umkreisenden Supererde und je nach ihrer chemischen Zusammensetzung werden unterschiedliche Spektralbereiche blockiert. Der spektrale Fingerabdruck, der  mehr als 40 Jahre lang zu unseren Teleskopen unterwegs ist, konnte aber bislang nicht entschlüsselt werden. Die schwarzen Punkte der ersten Veröffentlichung passten gut zu einem extrasolaren Wasserplaneten bzw. einer „Super-Sauna-Erde“ – mindestens 50 Prozent Wasseranteil -, oder ist GJ 1214b doch wie Uranus und Neptun nur ein kleiner Gasplanet aus Wasserstoff, Helium und einem felsigen Kern?

Neue Vorschläge zur Natur der 6,1 Erdmassen schweren und gut 34.000 Kilometer (2,7x Erde) großen Exowelt werden jetzt in dieser aktuellen Studie vorgestellt. Die Forscher untersuchten hier, ob Wolken und eine Dunstschicht aus Kohlenwasserstoffen das flache Transmissionsspektrum erklären können. Bei ersterem Fall wandten sie Wolkenmodelle von Braunen Zwergen auf die Planetenatmosphäre von GJ 1214b an. Demnach sollten vor allem „salzige“ Wolken aus Kaliumchlorid (ein Geschmacksverstärker) und Zinksulfid in der Hochatmosphäre für das beobachtete Transmissionsspektrum im nahinfraroten Bereich sorgen; auch Natriumsulfid soll auskondensieren, jedoch ohne Auswirkung auf das Spektrum. Die entstehenden Wolken sollen sich wie Stratocumulus-Wolken in der Erdatmosphäre verhalten.

Außerdem wurden Modellspektren einer Dunstschicht aus Kohlenwasserstoffen, vor allem vom Saturnmond Titan bekannt, untersucht. Unter bestimmten Annahmen würde tatsächlich eine Atmosphärenschicht hauptsächlich aus Acetylen und Blausäure (beides Vorstufen zur Rußbildung), Ethylen und Ethan entstehen, aus denen sich durch photochemische Prozesse komplexere Kohlenwasserstoffe bilden. Auf diese Weise ließe sich ebenso das beobachtete Spektrum des Exoplaneten GJ 1214b reproduzieren, doch auch wenn man bislang noch nicht weiß, welches Modell die Natur der fernen Welt richtig beschreibt, gibt das neue Atmosphärenmodell zumindest Anregungen für die weitere Untersuchung. „While we find that with current data, a hydrogen-helium rich model with clouds can fit just as well as a 100% water model, if we can improve the precision in the near-infrared, there are features that allow us to distinguish between these possibilities.“

21.05.2013