Das James Webb-Weltraumteleskop hat eines seiner ersten großen wissenschaftlichen Ziele erreicht, das bereits 2017 angekündigt wurde. Infrarotinstrumente haben nun die Atmosphäre um einen der TRAPPIST-1-Exoplaneten entdeckt.
James Webb trat die Nachfolge des in die Jahre gekommenen Hubble-Teleskops an, dessen massiver Spiegel mehr Licht sammelt als jedes andere Teleskop zuvor, um hochauflösende Bilder zu erzeugen, während seine Infrarot-Sensorik es ihm ermöglicht, tiefer in Raum und Zeit zu blicken. Insgesamt hat sich JWST als unschätzbar wertvoll erwiesen, wenn es darum geht, neue Einblicke in die frühe Geschichte von Sternen, Planeten und dem Universum selbst zu gewinnen.
Im Jahr 2017 entdeckten Astronomen ein außergewöhnliches System aus sieben erdgroßen Exoplaneten, die einen nahegelegenen Roten Zwergstern namens TRAPPIST-1 umkreisen, der nur 40 Lichtjahre entfernt ist. Natürlich begannen sich Wissenschaftler zu fragen, wie diese faszinierenden Exoplaneten aus der Sicht des noch zu startenden JWST aussehen würden. Das System wurde bald zu einem der ersten offiziellen wissenschaftlichen Ziele des Teleskops mit dem Ziel, die potenzielle Bewohnbarkeit dieser Planeten zu untersuchen.
Nun hat es mithilfe einer Methode namens Transmissionsspektroskopie den ersten Einblick in die innerste Welt von TRAPPIST-1b ermöglicht. Wenn ein Planet vor seinem Wirtsstern vorbeizieht, dringt Licht durch die eventuell vorhandene Atmosphäre und blockiert je nach Molekülen in der Luft unterschiedliche Lichtwellenlängen in unterschiedlichem Maße. Durch die Analyse der Spektren können Astronomen die Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen und daraus weitere Informationen ableiten, etwa ob der Planet bewohnbar ist.
Das Team fand in TRAPPIST-1b keine Anzeichen atmosphärischer Aktivität – die erfassten Spektren konnten vollständig auf Sternaktivität zurückgeführt werden. Dieser Befund steht im Einklang mit anderen Webb-Beobachtungen Anfang des Jahres, bei denen die Temperatur des Planeten gemessen und festgestellt wurde, dass eine Atmosphäre unwahrscheinlich ist. Allerdings kann nicht ausgeschlossen werden, dass es sich um eine dünne Atmosphäre aus reinem Wasser, Kohlendioxid oder Methan handelt.
„Unsere Beobachtungen ergaben keine Hinweise auf eine Atmosphäre rund um TRAPPIST-1b“, sagte Studienautor Ryan MacDonald. „Das sagt uns, dass der Planet ein nackter Felsen mit Wolken hoch oben in der Atmosphäre sein könnte oder er könnte sehr schwere Moleküle wie Kohlendioxid enthalten, die die Atmosphäre zu klein machen, um entdeckt zu werden. Aber was wir sehen, ist, dass der Stern definitiv den größten Einfluss hat, der unsere Beobachtungen dominiert, und das wird genau den gleichen Effekt auf die anderen Planeten im System haben.“
TRAPPIST-1b ist in erster Linie ein technischer Test seiner interessanteren Nachbarn – TRAPPIST-1d, e und f – die alle innerhalb der bewohnbaren Zone des Sterns kreisen. Forscher sagen, die Studie helfe ihnen zu verstehen, wie sich Hotspots, Flares und andere Aktivitäten von Sternen erklären lassen, die atmosphärische Messwerte beeinflussen können.
Die Forschung wurde in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.