James Webb bestätigt den kältesten jemals gefundenen Exoplaneten

Im Jahr 2020 wurde ein Gasriese-Exoplanet mit einer Masse, die etwa dem 13,8-fachen der Jupitermasse entspricht, gemeldet. Er umkreist einen Stern in 81 Lichtjahren Entfernung von der Erde, was astronomisch gesehen relativ nah ist, und ist der erste bekannte Exoplanet, der einen Weißen Zwerg umkreist.

Der als WD 1856+534 b bezeichnete Stern wurde im Transit entdeckt, d. h., er zog aus unserer Sicht vor seinem Stern vorbei, was seine indirekte Beobachtung ermöglicht. Die Entdeckung war überraschend, denn wenn ein Stern stirbt, kollabiert er und wird zu einem Weißen Zwerg, ein Prozess, der nahe gelegene Planeten zerstört.

Nun hat ein internationales Team von Astronomen in einer aktuellen, noch nicht von Experten begutachteten Arbeit einen weiteren Rekord bestätigt: WD 1856+534 b ist der kälteste Exoplanet, der jemals beobachtet wurde . Die Entdeckung wurde mit dem Mid-Infrared Instrument (MIRI) des James Webb Space Telescope (JWST) gemacht.

Die aktuellen Beobachtungen sind Teil des JWST General Observations Program – Zyklus 3, der dem dritten Jahr des geplanten wissenschaftlichen Betriebs des Teleskops entspricht und im Jahr 2025 beginnt. Dieser Zyklus umfasst von Forschern eingereichte und aufgrund ihres wissenschaftlichen Werts ausgewählte Studienvorschläge.

Diese Messungen stellen einen der Hauptzwecke der JWST-Mission dar, die darin besteht, die Methode der direkten Bildgebung zur Charakterisierung von Exoplaneten zu verwenden . Anstatt sie während des Transits zu erfassen (wie bei der Entdeckung von WD 1856+534 b), fängt das Teleskop bei dieser Technik das Licht ein, das direkt vom Planeten kommt.

Wie kann man direktes Licht von Exoplaneten einfangen?

Mithilfe der spektroskopischen Analyse dieser Technik zur direkten Abbildung von Exoplaneten können Astronomen Biosignaturen wie Sauerstoff, Methan und Wasser auf diesen fernen Welten identifizieren und so Einzelheiten über ihre Zusammensetzung und Entstehung enthüllen. Man geht davon aus, dass wir kurz vor Beweisen für außerirdisches Leben stehen.

Zu diesem Zweck liefern Emissionsspektren Daten zur Zusammensetzung und Migrationsgeschichte der Planeten. Allerdings bleibt es eine schwierige Aufgabe, Licht direkt von Exoplaneten einzufangen, da die blendende Helligkeit ihrer Muttersterne direkte Beobachtungen einschränkt.

Ein Beweis dafür ist, dass bislang kein Gesteinsplanet in unmittelbarer Nähe seines Sterns beobachtet wurde und auch keine Exoplaneten mit Temperaturen unter 1,85 °C, vergleichbar mit denen der Erde. Daher war die direkte Abbildung auf Gasriesen mit weiten Umlaufbahnen oder superheißen Atmosphären beschränkt.

Die Entdeckung eines Exoplaneten, der einen Weißen Zwerg (WD) umkreist, bietet nun eine einzigartige Gelegenheit, kühlere Welten zu entdecken. Dies liegt daran, dass die geringe Leuchtkraft dieser Sterne die sogenannten „Kontrastherausforderungen“ verringert, die die Beobachtung von Exoplaneten in sonnenähnlichen Sternen erschweren.

Da Weiße Zwerge „tot“ sind und keine Energie mehr durch Kernfusion produzieren, bieten sie auch Einblicke in das, was mit Planeten passiert, nachdem ihr Stern stirbt. Ihre Untersuchung liefert daher Informationen über die Stabilität oder Umlaufbahnmigration und das mögliche Überleben der Planeten.

Untersuchung überlebender Planeten, die tote Sterne umkreisen

Die Untersuchung von Planeten um Weiße Zwerge könnte dazu beitragen, eine der großen Fragen der Astrobiologie zu beantworten: Können diese Welten den Tod ihrer Sterne überleben? Wenn dies der Fall ist, prüfen Wissenschaftler, ob diese Systeme immer noch die Mindestbedingungen für Bewohnbarkeit aufrechterhalten würden.

In der aktuellen Studie bestätigten Astronomen unter der Leitung von Mary Anne Limbach mit Unterstützung von James Webb die Existenz des Exoplaneten WD 1856+534 b. Dazu nutzten sie Daten des MIRI-Instruments und analysierten das überschüssige Infrarotlicht, das der Planet aussendet.

Mit dieser Technik war es möglich, die Masse des Exoplaneten zu bestimmen und seine atmosphärische Temperatur zu messen. Die Daten ergaben eine Durchschnittstemperatur von 186 Kelvin, entsprechend –87 °C, was WD 1856+534 b zum kältesten jemals entdeckten Exoplaneten macht.

Mithilfe neuerer vom JWST erhaltener Daten konnten die Autoren den Wissensstand seit der ursprünglichen Entdeckung von WD 1856+534 b im Jahr 2020 verfeinern. So ist beispielsweise die Masse kleiner als bisher angenommen und beträgt nicht mehr als das Sechsfache der Masse des Jupiters.

Der wichtigste Beitrag der neuen Studie bestand jedoch darin, den ersten direkten Beweis dafür zu liefern, dass Planeten den Tod ihrer Sterne überleben und sogar in Umlaufbahnen nahe der bewohnbaren Zonen weißer Zwerge wandern können. James Webb verspricht neue Beobachtungen bereits im Jahr 2025.

Die Studie wird auf der Preprint-Plattform arXiv gehostet.

Sombrero-ähnliche Galaxie, aufgenommen von James Webb; sehen