Die Atmosphäre des riesigen Gasexoplaneten TYC 8998-760-1 b ist nach Angaben EU-unterstützter Forschender reich an Kohlenstoff-13.
Ein Exoplanet im Orbit eines jungen Sterns, der gerade mal 300 Lichtjahre entfernt ist, hat Forschenden wertvolle Einblicke in die Atmosphäre von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems sowie den Vorgang der Planetenentstehung geboten. Der besagte Exoplanet ist TYC 8998-760-1 b, einer von zwei Planeten im Orbit des relativ jungen 16,7 Millionen Jahre alten sonnenartigen Sterns TYC 8998-760-1 im Sternbild Fliege.
Von den EU-finanzierten Projekten EXOPLANETBIO, FALCONER und Origins unterstützte Astrophysikerinnen und Astrophysiker haben nun hohe Anteile des Isotops Kohlenstoff-13 in der Atmosphäre des Gasgiganten TYC 8998-760-1 b entdeckt, dessen Masse 14-mal so hoch ist wie die des Jupiters. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Super-Jupiter weit von seinem Zentralgestirn und auch jenseits der Kohlenstoffmonoxid-Schneegrenze entstand – also dem Punkt, an dem es kalt genug wird, dass Kohlenmonoxid zu Schnee und Eis wird.Das Forschungsteam verwendete zur Beobachtung von TYC 8998-760-1 b das Instrument SINFONI, einen Spektografen für Integralfeldbeobachtungen im Nahinfrarotbereich, der am Riesenteleskop, dem Very Large Telescope, der Europäischen Südsternwarte installiert ist. Mit SINFONI untersuchten die Forschenden die Absorptionsspektren. Diese dunklen Linien in einem Spektrum tauchen auf, wenn bestimmte Wellenlängen des Lichts von einzelnen Elementen absorbiert werden. Sie fanden heraus, dass die vom Gasgiganten absorbierten Wellenlängen zum Isotop Kohlenstoff-13 passen.
„Es ist wirklich etwas Besonderes, dass wir dies in der Atmosphäre eines Exoplaneten auf so große Entfernung messen können“, beobachtete die Doktorandin Yapeng Zhang an der Universität Leiden in den Niederlanden, dem Projektträger von EXOPLANETBIO und FALCONER, in einem Artikel auf „Sci-News“. „Wir erwarteten, dass etwa eins von 70 Kohlenstoffatomen Kohlenstoff-13 ist, doch bei diesem Planeten scheint es das Doppelte zu sein. Die Grundidee ist, dass eine höhere Konzentration an Kohlenstoff-13 irgendwie mit der Entstehung des Exoplaneten in Verbindung steht“, merkt Zhang an, die auch Hauptautorin der in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichten Studie ist.
Jedes chemische Element hat ein oder mehr Isotope. Isotope sind unterschiedliche Formen desselben Elements, mit der gleichen Anzahl an Protonen, aber unterschiedlicher Anzahl an Neutronen. Das Isotop Kohlenstoff-12 zum Beispiel hat sechs Protonen und sieben Neutronen, während Kohlenstoff-13 sechs Protonen und sieben Neutronen aufweist. „Das verändert nicht die chemischen Eigenschaften von Kohlenstoff, aber Isotope entstehen auf verschiedene Arten und reagieren meist leicht unterschiedlich auf die gegebenen Bedingungen“, so Zhang in dem Artikel auf „Sci-News“.
Der hohe Anteil an Kohlenstoff-13 in der Atmosphäre von TYC 8998-760-1 b wird vermutlich neue Erkenntnisse zu den Bedingungen hervorbringen, unter denen der Exoplanet entstand. „Der Abstand des Planeten zu seinem Zentralgestirn ist mehr als 150-mal so groß wie der zwischen Erde und Sonne“, merkt Mitautor Dr. Paul Mollière vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland an. „Bei solchen Entfernungen hat sich Eis vermutlich mit mehr Kohlenstoff-13 gebildet, was zu dem höheren Anteil dieses Isotops in der heutigen Atmosphäre des Planeten führte.“
Die Entdeckung von Isotopen, wie dem in der Studie, die von den Projekten EXOPLANETBIO (Exoplanet atmospheres as indicators of life: From hot gas giants to Earth-like planets), FALCONER (Forging Advanced Liquid-Crystal Coronagraphs Optimized for Novel Exoplanet Research) und Origins (From Planet-Forming Disks to Giant Planets) unterstützt wurde, könnte zukünftig eine neue Art der Erforschung der Exoplanetenentstehung werden. Der Mitautor Prof. Ignas Snellen von der Universität Leiden meint dazu: „Das ist erst der Anfang.“
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