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James Webb: Die Quarzwolken vom Exoplaneten WASP-17 b

Mit dem Weltraumteleskop James Webb wollte ein Forschungsteam Magnesiumsilikate in den Wolken des Exoplaneten WASP-17 b finden. Stattdessen haben sie Quarz entdeckt.



In 1.300 Lichtjahren Entfernung befindet sich der heiße Jupiter-Exoplanet WASP-17 b. Ein Forschungsteam hat die Daten des Miri-Instruments (Webb's Mid-Infrared Instrument) vom Weltraumteleskop James Webb zu dem Exoplaneten ausgewertet. Daraus ergibt sich, dass Siliziumdioxid-Partikel in der Atmosphäre eines Planeten gefunden wurden. Das sind Quarz-Nanokristalle.

"Wir wussten aus den Hubble-Beobachtungen, dass es in der Atmosphäre von WASP-17 b Aerosole geben muss – winzige Partikel, die Wolken oder Dunst bilden –, aber wir haben nicht erwartet, dass sie aus Quarz bestehen", erklärt der Erstautor der Studie, David Grant, in einer Pressemitteilung der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa.

Silikate sind in der gesamten Galaxie weit verbreitet

Silikate sind Mineralien, sie enthalten viel Silizium und Sauerstoff. Silikate machen den Großteil der Erde und des Mondes sowie anderer felsiger Objekte im Sonnensystem aus. Zudem sind sie in der gesamten Galaxie weit verbreitet. Silikatkörner, die bisher in den Atmosphären von Exoplaneten und Braunen Zwergen entdeckt wurden, scheinen aus magnesiumreichen Silikaten wie Olivin und Pyroxen zu bestehen – nicht aber aus reinem Quarz, der aus SiO2 ist.

Diese Entdeckung ermöglicht es, die Entstehung und Entwicklung von Wolken auf Planeten zu verstehen. Ursprünglich erwartete das Forschungsteam Magnesiumsilikate. Bei einer Helligkeitsmessung im mittleren Infrarotbereich von 8,6 Mikrometern zeigte sich jedoch eine Ausbeulung. Wenn die Wolken aus Magnesiumsilikaten oder anderen möglichen Hochtemperatur-Aerosolen wie Aluminiumoxid bestehen, dürfte es diese Beule nicht geben.

Quarzkristalle in den Wolken von WASP-17 b

Deshalb schließt das Forschungsteam auf Quarz. Diese Kristalle weisen eine ähnliche Form wie die spitzen sechseckigen Prismen auf, die man in Edelstein-Läden findet. Allerdings sind die Kristalle in den Wolken von WASP-17 b nur etwa zehn Nanometer groß. Laut der Forscher werden sie nicht von einer felsigen Oberfläche aufgewirbelt, wie es auf der Erde der Fall ist.

Die Kristalle stammen aus der Atmosphäre selbst. "WASP-17 b ist extrem heiß – etwa 1.500 Grad Celsius – und der Druck, unter dem sich die Kristalle hoch in der Atmosphäre bilden, beträgt nur etwa ein Tausendstel dessen, was wir auf der Erdoberfläche erleben", erklärt Grant. "Unter diesen Bedingungen können sich feste Kristalle direkt aus Gas bilden, ohne vorher eine flüssige Phase zu durchlaufen."

Wie viel Quarz genau vorhanden ist und wie verbreitet die Wolken sind, ist schwer zu bestimmen. "Die Wolken sind wahrscheinlich entlang des Tag-Nacht-Übergangs (des Terminators) vorhanden, also in der Region, die wir mit unseren Beobachtungen untersuchen", sagt Grant. Da der Planet eine Gezeitenkonstellation mit einer sehr heißen Tagseite und einer kühleren Nachtseite hat, ist es wahrscheinlich, dass die Wolken um den Planeten zirkulieren, aber verdampfen, wenn sie die heißere Tagseite erreichen. ?

Mit einem Volumen von mehr als dem Siebenfachen des Jupiters und einer Masse von weniger als der Hälfte des Jupiters, ist WASP-17 b einer der größten bekannten Exoplaneten. Dies und eine kurze Umlaufzeit von nur 3,7 Erdtagen machen den Planeten zu einem idealen Objekt für die Transmission-Spektroskopie. Eine Technik, bei der die Filter- und Streuungseffekte der Planetenatmosphäre auf das Sternenlicht gemessen werden.

Zur Studie

Die Studie wurde am 16. Oktober 2023 im Fachmagazin The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht: JWST-TST Dreams: Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b (JWST-TST Dreams: Quarzwolken in der Atmosphäre von WASP-17b). Dreams steht hier für Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres through Multi-instrument Spectroscopy (Tiefgreifende Erkundung der Atmosphären von Exoplaneten durch Multi-Instrumenten-Spektroskopie).

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