Seit über zehn Jahren versuchen Wissenschaftler, das Geheimnis der rätselhaften Atmosphäre des berühmten «Pinken Planeten» zu lüften. Dank Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben Astronomen nun entdeckt, dass die Atmosphäre des Objekts ungewöhnliche Salzwolken und eine exotische chemische Zusammensetzung aufweist. Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich veröffentlicht. Das Astronomische Journal und stellen den ersten direkten Beweis für die Existenz von Salzwolken in der Atmosphäre eines kalten Objekts dar.
Der 2013 entdeckte Objekt GJ504b umkreist einen sonnenähnlichen Stern in 57 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Trotz seines Spitznamens sind sich Wissenschaftler noch immer nicht sicher, ob es sich tatsächlich um einen Planeten handelt. GJ504b besitzt etwa die 25-fache Masse des Jupiters und könnte ein Brauner Zwerg sein – ein gescheiterter Stern an der Grenze zwischen Planet und Stern. Daher bezeichnen Astronomen ihn als «planetaren Begleiter», was bedeutet, dass es sich um ein Objekt von der Größe eines Planeten handelt, das einen Stern umkreist.
Die Temperatur von GJ504b beträgt lediglich 550 Grad Fahrenheit (ca. 288 Grad Celsius), was die Beobachtung von der Erde aus erschwert. «Der rosafarbene Planet ist der kälteste Begleiter, der jemals mit bodengebundenen Instrumenten entdeckt wurde», erklärte Anish Baburaj, Mitautor der Studie und Astronom an der Northwestern University, in einer Stellungnahme.
«Viele Forschungsteams weltweit führten Nachbeobachtungen durch, um sein Licht zu untersuchen, doch es war zu schwach für bodengebundene Instrumente», fügte er hinzu. «Dadurch wurde es zu einem idealen Ziel für das JWST. Als wir schließlich sein Spektrum erhielten, fanden wir es sofort faszinierend. Doch als wir die Daten genauer analysierten, erkannten wir, dass es anders war als alles, was wir zuvor untersucht hatten.».
Das JWST-Teleskop detektierte das schwache Licht von GJ504b, und Forscher nutzten fortschrittliche Datenverarbeitungstechniken, um das grelle Licht seines Zentralsterns herauszufiltern. Diese Filterung ermöglichte es ihnen, das von GJ504b ausgehende Licht in seine Spektralfarben zu zerlegen, wobei jede Farbe ein bestimmtes Element in seiner Atmosphäre repräsentiert.
«Früher beobachteten andere Astronomen den Begleiter die ganze Nacht hindurch mit den größten Teleskopen der Welt, um ein Spektrum zu erhalten», sagte Baburaj. „Und sie konnten das Objekt nicht sehen. Mit dem JWST dauerten unsere Beobachtungen nur etwa zwei Stunden, und wir waren erfolgreich.“.
Das Team fand heraus, dass die Atmosphäre des „Pinken Planeten“ Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid, Ammoniak und andere Moleküle enthielt. Doch irgendetwas fehlte noch. Als sie die Daten in ein Computermodell einspeisten, um den Begleitstern zu rekonstruieren, stimmte die simulierte Atmosphäre nur dann mit ihren Beobachtungen überein, wenn sie ungewöhnliche, unplausible Merkmale aufwies.
Nach dem Hinzufügen von Wolken zur Simulation wurde deutlich, dass nur salzige Wolken die beobachteten Phänomene erklären konnten.
«Wir haben drei verschiedene Wolkentypen ausprobiert, und Salzwolken erwiesen sich als die beste Lösung. Durch die Einbeziehung der Salzwolken wurde das Signal von Molekülen in tieferen Schichten der Satellitenatmosphäre abgeschwächt. Dadurch wurden die Ergebnisse physikalisch möglich», erklärte Baburaj.
Über GJ504b gibt es für Wissenschaftler noch viel zu lernen, unter anderem, wie dieses mysteriöse Objekt überhaupt entstanden ist. Die Autoren dieser Studie glauben jedoch, dass ihre Erkenntnisse für die Erforschung anderer kalter, lichtschwacher Planeten nützlich sein könnten.
«Dies ist das erste Mal, dass wir festgestellt haben, dass Salzwolken eine entscheidende Rolle bei der Erklärung des Spektrums eines Objekts spielen», fügte Baburaj hinzu. «Es ist eine gute Erinnerung daran, dass wir Wolken in unseren Modellen berücksichtigen müssen.».