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Exoplaneten: Eine Lavahölle schlimmer als die Venus

Der Exoplanet TOI-561 b entpuppt sich als Höllenwelt mit Temperaturen um die 1800 Grad Celsius. Dagegen wirkt selbst die Venus angenehm kühl.
Konzeptdarstellung eines astronomischen Szenarios mit einem leuchtenden Stern links und einem Planeten rechts im Bild. Der Stern strahlt ein intensives, rötliches Licht aus, während der Planet teilweise im Schatten liegt und eine dunkle, rötliche Oberfläche zeigt. Im Hintergrund ist ein Sternenfeld zu sehen. Unten links steht der Text "Artist's Concept".
Hitziger Ort | Mit Oberflächentemperaturen um 1800 Grad Celsius ist die Oberfläche des Exoplaneten TOI-561 b (rechts) geschmolzen und bildet einen Lavaozean (Illustration).

Nach der Sonnenoberfläche ist im Hinblick auf Hitze unser innerer Nachbarplanet Venus der unangenehmste Ort in unserem Sonnensystem. Mit Temperaturen um 470 Grad Celsius und 90 Bar Druck in einer Kohlendioxidatmosphäre ist diese Welt für Leben, wie wir es kennen, denkbar ungeeignet. Aber es geht noch wesentlich schlimmer, betrachtet man den Exoplaneten TOI-561 b: Seine Oberflächentemperatur beträgt rund 1800 Grad Celsius, er muss daher von einem Lavaozean aus geschmolzenen Silikatgesteinen bedeckt sein. Er wurde nun von einer Gruppe um Johanna Teske am Carnegie Science Earth and Planets Laboratory in Washington, D.C., mit dem James-Webb-Teleskop (JWST) genauer untersucht.

TOI-561 b umrundet in lediglich 10,6 Stunden sein sonnenähnliches Zentralgestirn in einem Abstand von nur 1,6 Millionen Kilometern, was etwa einem Prozent der Distanz der Erde zur Sonne entspricht. Die Bezeichnung TOI steht für TESS Object of Interest, da er mit dem Weltraumteleskop TESS entdeckt wurde, dem Transiting Exoplanet Survey Telescope. Der Planet hat den 1,42-fachen Durchmesser unseres Planeten und kommt auf dessen 2,24-fache Masse. Daraus lässt sich eine mittlere Dichte von 4,30 Gramm pro Kubikzentimeter ableiten. Somit gehört er nicht zur Klasse der ultraheißen Wattebauschplaneten, die zu einem großen Teil aus heißen Gasen bestehen, sondern ähnelt mit seiner Dichte eher der Erde mit 5,51 Gramm pro Kubikzentimeter. Diese Diskrepanz machte die Gruppe um Teschke neugierig, insbesondere die Frage, ob TOI-561 b eine Atmosphäre besitzt, sodass sie Beobachtungszeit auf dem JWST beantragte. Sie konnte daraufhin den Planeten 37 Stunden lang beobachten. Das Team veröffentlichte die Resultate im Fachjournal »Astrophysical Science Letters«.

Infrarotspektrum des Exoplaneten TOI-561 b | Mit dem James-Webb-Teleskop (JWST) wurde der Exoplanet TOI-561 b im Infraroten bei Wellenlängen zwischen ungefähr drei und fünf Mikrometern beobachtet, wenn er bei seinen Umläufen hinter seinem Zentralgestirn verschwand. Daraus ließ sich sein Emissionsspektrum ableiten, die weißen Punkte mit senkrechten Fehlerbalken. Geht man von einem atmosphärelosen Himmelskörper aus, so würde sich die graue Linie ergeben. Unter der Annahme einer dünnen Atmosphäre aus verdampften Silikatmineralen wurde die violette Kurve abgeleitet. Erst mit der Annahme einer dichten Atmosphäre aus leichtflüchtigen Stoffen wie Wasserdampf und Kohlendioxid würde sich die gelbe Kurve ableiten lassen, die recht gut mit den beobachteten Werten übereinstimmt.

Durch seine extreme Nähe zum Zentralgestirn rotiert TOI-5612 b gebunden, das heißt, er weist seinem Stern, wie der Mond der Erde, stets die gleiche Seite zu. Bei einem atmosphärelosen Körper wie Merkur würde sich daraus auf seiner Tagseite eine Temperatur von 2700 Grad Celsius ergeben, gemessen wurden mit dem JWST jedoch »nur« 1800 Grad Celsius. Es muss also einen Mechanismus geben, der die Wärme über den Planeten auch auf dessen Nachtseite verteilt. Der Lavaozean könnte einen Teil der Wärme verteilen, aber er reicht für den beobachteten Effekt nicht aus. Eine dünne Atmosphäre aus verdampften Silikatgesteinen ist ebenfalls nicht effizient genug. Erst unter der Annahme einer dichten Atmosphäre aus leichtflüchtigen Stoffen wie Wasserdampf und Kohlendioxid lässt sich die Beobachtung erklären.

Dabei ist erstaunlich, dass der Planet von einer Gashülle umgeben ist, obwohl er durch die hohen Temperaturen ständig Gas in den Weltraum verlieren muss. Das Zentralgestirn ist mit ungefähr zehn Milliarden Jahren etwa doppelt so alt wie unsere Sonne und enthält viel weniger schwere Elemente wie Eisen. Vielleicht begann der Planet TOI-561 b deswegen seine Existenz mit einem großen Anteil flüchtiger Stoffe, die mit seinem Lavaozean wechselwirken. Der flüssige Gesteinsmantel gibt flüchtige Stoffe in die Atmosphäre ab und nimmt gleichzeitig wieder Stoffe von ihr auf, sodass ein dynamisches Gleichgewicht bestehen könnte. Zudem könnte das Planeteninnere trotz des hohen Alters nach wie vor größere Mengen flüchtiger Stoffe enthalten, als sich in seiner Atmosphäre befinden.

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