Wie Astronomen mithilfe von James Webb Methan in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachweisen konnten

Eine der erstaunlichen Fähigkeiten des James Webb-Weltraumteleskops besteht nicht nur darin, die Anwesenheit weit entfernter Planeten zu erkennen, sondern auch in der Lage zu sein, in ihre Atmosphären zu blicken, um zu sehen, woraus sie bestehen. Mit früheren Teleskopen war dies äußerst schwierig, da ihnen die leistungsstarken Instrumente fehlten, die für diese Art der Analyse erforderlich waren. Doch Wissenschaftler, die Webb nutzten, gaben kürzlich bekannt, dass ihnen ein seltener Nachweis von Methan in der Atmosphäre eines Exoplaneten gelungen sei.

Wissenschaftler untersuchten den Planeten WASP-80 b mit Webbs NIRCam-Instrument, das vor allem als Kamera bekannt ist, aber auch über einen spaltlosen Spektroskopiemodus verfügt, der es ermöglicht, einfallendes Licht in verschiedene Wellenlängen aufzuteilen. Indem Forscher untersuchen, welche Wellenlängen fehlen, weil sie vom Ziel absorbiert wurden, können Forscher erkennen, woraus ein Objekt – in diesem Fall eine Planetenatmosphäre – besteht.

Selbst mit Webbs empfindlichen Instrumenten ist es jedoch immer noch schwierig, einen Exoplaneten zu entdecken. Das liegt daran, dass Planeten so viel kleiner und dunkler sind als Sterne, was es fast unmöglich macht, sie direkt zu beobachten. Stattdessen entdecken Forscher sie oft, indem sie die Sterne beobachten, um die sie kreisen, und dabei Techniken wie die Transitmethode anwenden, die den Helligkeitsabfall eines Sterns misst, der auftritt, wenn sich ein Planet vor ihm bewegt.

„Mit der Transitmethode haben wir das System beobachtet, als sich der Planet aus unserer Perspektive vor seinem Stern bewegte, was dazu führte, dass das Sternenlicht, das wir sehen, etwas schwächer wurde“, erklärte einer der Autoren der Studie, Luis Welbanks von der Arizona State University, in einem Stellungnahme . „Es ist so, als ob jemand an einer Lampe vorbeigeht und das Licht schwächer wird. Während dieser Zeit wird ein dünner Ring der Planetenatmosphäre rund um die Tag-/Nachtgrenze des Planeten vom Stern beleuchtet, und bei bestimmten Lichtfarben, bei denen die Moleküle in der Atmosphäre des Planeten Licht absorbieren, erscheint die Atmosphäre dicker und blockiert mehr Sternenlicht. Dies führt zu einer stärkeren Verdunkelung im Vergleich zu anderen Wellenlängen, bei denen die Atmosphäre transparent erscheint. Diese Methode hilft Wissenschaftlern wie uns zu verstehen, woraus die Atmosphäre des Planeten besteht, indem sie sehen, welche Lichtfarben blockiert werden.“

Als die Autoren diese Methode auf WASP-80b anwendeten, fanden sie Hinweise auf Wasser und Methan in der Atmosphäre des Planeten. Planeten in unserem Sonnensystem wie Jupiter und Saturn haben ebenfalls Methan in ihrer Atmosphäre, aber dieser Planet ist mit einer Temperatur von über 1.000 Grad Fahrenheit viel wärmer. Das Auffinden von Methan auf einem Planeten dieser Art, einem sogenannten warmen Jupiter, ist spannend, weil es Wissenschaftlern dabei helfen kann, etwas über die Atmosphären von Planeten zu lernen, und auch weil es, obwohl es häufig in Planetenatmosphären unseres Sonnensystems vorkommt, in Atmosphären von Exoplaneten selten nachgewiesen wird.

Es könnte auch für die Suche nach Leben außerhalb unseres Planeten relevant sein. „Methan ist nicht nur ein wichtiges Gas bei der Verfolgung der Zusammensetzung und Chemie der Atmosphäre auf Riesenplaneten, es wird auch angenommen, dass es in Kombination mit Sauerstoff eine mögliche Signatur der Biologie ist“, sagte Wellbanks. „Eines der Hauptziele des Habitable Worlds Observatory , der nächsten Flaggschiff-Mission der NASA nach JWST und Roman, ist die Suche nach Gasen wie Sauerstoff und Methan in erdähnlichen Planeten um sonnenähnliche Sterne.“

Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.