Bislang wurden die glühend heißen Welten der Exoplaneten als kreisförmig dargestellt. Neue Forschungen zeigen jedoch, dass ihre Atmosphären eher einer verformten Kugel gleichen als einem perfekten Kreis. Die Studie, die von der Cornell University in den USA und der University of Bristol im Vereinigten Königreich gemeinsam geleitet wurde, wendet erstmals eine an der Bristol University entwickelte Methode namens „transmission strings“ an. Diese von den Astrophysikern Dr. David Grant und Dr. Hannah Wakeford entwickelte Technik entschlüsselt mit Daten des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) erstmals die ungleichmäßigen Konturen eines Exoplaneten.
Die in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass die Atmosphäre des heißen Jupiter-Exoplaneten WASP-17b kreisförmig, aber asymmetrisch ist, mit einer stärker ausgedehnten Seite. Solche Ausmaße offenbaren, wie intensive Hitze und peitschende Winde die Atmosphäre des Planeten beeinflussen, der einen Stern in etwa 1.300 Lichtjahren Entfernung von der Erde umkreist. Die leitende Autorin Dr. Lili Alderson, Klarman Postdoctoral Fellow an der Cornell University, begann die Untersuchung an der University of Bristol, wo sie ihren Doktortitel in Physik erwarb. „Das ist der Beweis dafür, dass Planeten tatsächlich dreidimensionale Objekte sind und dass das, was wir vorhersagen, auch tatsächlich geschieht, während sie ihren Stern umkreisen. Über rechnerische Übungen hinauszugehen und es real zu sehen, ist eine andere Sache“, sagte Alderson.
Die Erkenntnisse über die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre von WASP-17b und die Temperaturverschiebungen vom Äquator zu den Polen sowie zwischen der permanenten Tag- und Nachtseite stimmen mit theoretischen Vorhersagen und anderen Modellierungstechniken überein. Zusammen ergeben sie eine der umfassendsten dreidimensionalen Ansichten der Atmosphäre eines Exoplaneten und liefern einen wichtigen Maßstab für den Vergleich mit den mehr als 6.000 bisher bestätigten Exoplaneten. Mitautorin Dr. Hannah Wakeford, Associate Professor für Astrophysik an der University of Bristol, erklärte: „Planeten sind launisch, ihre Atmosphären komplex und chaotisch. Die Tatsache, dass all diese Zahlen zusammenkamen und uns dieses sehr strukturierte, dynamische Bild dieser riesigen Welt in über 1.000 Lichtjahren Entfernung zeigten, war wirklich aufregend.“
Frühere Forschungen nutzten die bahnbrechende Empfindlichkeit des JWST für eine Technik namens Eclipse Mapping, die Lichtveränderungen misst, während ein Exoplanet hinter seinen Wirtsstern schwingt. Die neue Methode der „transmission strings“, auch Transit Mapping genannt, verfolgt den Planeten, während er vor dem Stern vorbeizieht, und erfasst die Zusammensetzung des Lichts am Rand der Planetenatmosphäre, dem sogenannten Limb, aus verschiedenen Winkeln. Im Gegensatz dazu extrahieren herkömmliche Modelle ein Spektrum nur als Durchschnitt über den gesamten Limb. „Anstatt davon auszugehen, dass die Atmosphäre ein Kreis mit dem gleichen Radius rundherum ist, ermöglicht unsere Technik, verschiedene Abstände vom Zentrum zum Rand des Planeten herauszuziehen“, sagte Alderson. „Wir können den Rand umrunden. Wir sind also von einem Ring dazu übergegangen, zu verstehen, wo auf dem Ring die Edelsteine sind, sozusagen.“
Die Forschenden entdeckten einen solchen „Edelstein“ dort, wo Theorie und frühere Modelle ihn bei WASP-17b vermuteten: auf der „Abendseite“ seines Äquators. Dort transportieren Windströmungen Wärme von der permanent beleuchteten Tagseite zur permanent im Schatten liegenden Nachtseite und blähen die Atmosphäre im Vergleich zur kühleren „Morgenseite“ des Äquators auf. Das Transit Mapping bestätigte weitere Eigenschaften von WASP-17b. Alderson ergänzte: „Die Theorie sagt voraus, dass Morgen- und Abendseite einen starken Temperaturunterschied aufweisen sollten, und WASP-17b passt wirklich gut in diesen Trend – ziemlich genau so, wie wir es erwartet haben.“
Diese erfolgreiche Demonstration der Transmission Strings an WASP-17b ebnet den Weg für die Kartierung vieler weiterer Kandidaten. Das Verfahren beginnt, Bedingungen über die Breitengrade von Exoplaneten hinweg zu unterscheiden, nicht nur zwischen Tag- und Nachtseite, und liefert einen ersten Schritt zur Kartierung wetterähnlicher Muster in Exoplanetenklimaten. Wakeford sagte: „Ein so robustes mathematisches Modell zu haben, das wir auf diese hochmodernen Daten anwenden können, ist unglaublich aufregend. Die Ergebnisse sind eine wirklich schöne Demonstration der Dynamik, die in diesen multidimensionalen und vielschichtigen Welten abläuft.“
Die Forschung wertete Daten aus, die im Rahmen des JWST Telescope Scientist Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres through Multi-instrument Spectroscopy (TST DREAMS) Guaranteed Time Observations Programms gesammelt wurden. Sie wurde von der NASA, dem UK Research and Innovation (UKRI) Science and Technology Facilities Council (STFC) und dem Klarman Fellowship finanziert.
Originalpublikation:
https://www.nature.com/articles/s41550-026-02986-4
