HD 209458 b -HD 209458 b

HD 209458 b
Exoplaneten-Vergleich HD 209458 b.png
Größenvergleich von HD 209458 b mit Jupiter
Entdeckung
Entdeckt von D. Charbonneau
T. Brown
David Latham
M. Bürgermeister
G.W. Henry
G. Marcy
Kerry O'Connor
R. P. Butler
S. S. Vogt
Fundort Höhenobservatorium
Genfer Observatorium
Entdeckungsdatum 9. September 1999
Radialgeschwindigkeit
Orbitale Eigenschaften
0,04747 AE (7.101.000 km)
Exzentrizität 0,014 ± 0,009
3,52474541 ± 0,00000025 d
84,5938898 h
Neigung 86,1 ± 0,1
2.452.854,825415
± 0,00000025
83
Halbamplitude 84,26 ± 0,81
Stern HD209458
Physikalische Eigenschaften
Mittlerer Radius
 1,35 ± 0,05 RJ
Masse 0,71 MJ _
Mittlere Dichte
370  kg/m3 ( 620  Pfund/Kubikmeter )
9,4  m/s² ( 31  Fuß/ s² )
0,96 g
Temperatur 1.130 ± 150

HD 209458 b , der nach dem ägyptischen Gott auch Osiris genannt wird, ist ein Exoplanet , der das Sonnenanalog HD 209458 im Sternbild Pegasus umkreist , etwa 159 Lichtjahre (49 Parsec ) vom Sonnensystem entfernt . Der Radius der Umlaufbahn des Planeten beträgt 0,047  AE (7,0 Millionen  km ; 4,4 Millionen  Meilen ) oder ein Achtel des Radius der Merkurbahn (0,39  AE (36 Millionen  Meilen ; 58 Millionen  km )). Dieser kleine Radius führt zu einem Jahr, das 3,5 Erdtage lang ist, und einer geschätzten Oberflächentemperatur von etwa 1.000  ° C (2.000  ° F ; 1.000  K ). Seine Masse beträgt das 220-fache der Erde (0,69 Jupitermassen ) und sein Volumen ist etwa 2,5-mal größer als das des Jupiter. Die hohe Masse und das hohe Volumen von HD 209458 b weisen darauf hin, dass es sich um einen Gasriesen handelt .

HD 209458 b steht für eine Reihe von Meilensteinen in der extraplanetaren Forschung. Es war die erste von vielen Kategorien:

  • ein transversaler extrasolarer Planet
  • Der erste Planet, der durch mehr als eine Methode entdeckt wurde
  • ein extrasolarer Planet, von dem bekannt ist, dass er eine Atmosphäre hat
  • ein extrasolarer Planet, bei dem beobachtet wurde, dass er eine verdunstende Wasserstoffatmosphäre hat
  • ein extrasolarer Planet, der eine Atmosphäre aufweist, die die Elemente Sauerstoff und Kohlenstoff enthält
  • einer der ersten beiden extrasolaren Planeten, die direkt spektroskopisch beobachtet wurden
  • Der erste extrasolare Gasriese, dessen Supersturm vermessen wurde
  • der erste Planet, dessen Umlaufgeschwindigkeit gemessen wurde, wodurch seine Masse direkt bestimmt wurde.

Basierend auf der Anwendung neuerer theoretischer Modelle wird angenommen, dass es seit April 2007 der erste extrasolare Planet ist, bei dem Wasserdampf in seiner Atmosphäre gefunden wurde.

Im Juli 2014 gab die NASA bekannt, sehr trockene Atmosphären auf HD 209458 b und zwei weiteren Exoplaneten ( HD 189733 b und WASP-12b ) gefunden zu haben, die sonnenähnliche Sterne umkreisen.

Erkennung und Entdeckung

Transite

Spektroskopische Studien zeigten erstmals am 5. November 1999 das Vorhandensein eines Planeten um HD 209458. Astronomen hatten sorgfältige photometrische Messungen an mehreren Sternen durchgeführt, von denen bekannt ist, dass sie von Planeten umkreist werden, in der Hoffnung, dass sie einen Helligkeitsabfall beobachten könnten, der durch den Transit von verursacht wird der Planet über das Gesicht des Sterns. Dies würde erfordern, dass die Umlaufbahn des Planeten so geneigt ist, dass er zwischen der Erde und dem Stern verläuft, und zuvor waren keine Transite entdeckt worden.

Kurz nach der Entdeckung konnten verschiedene Teams, eines unter der Leitung von David Charbonneau , darunter Timothy Brown und andere, und das andere von Gregory W. Henry , einen Transit des Planeten über die Oberfläche des Sterns nachweisen, was ihn zum ersten bekannten Transit durch einen extrasolaren Stern machte Planet. Am 9. und 16. September 1999 maß das Team von Charbonneau einen Rückgang der Helligkeit von HD 209458 um 1,7 %, der dem Vorbeiflug des Planeten an dem Stern zugeschrieben wurde. Am 8. November beobachtete Henrys Team einen teilweisen Transit und sah nur den Eintritt. Die Henry-Gruppe war sich ihrer Ergebnisse zunächst nicht sicher und beschloss, ihre Ergebnisse voreilig zu veröffentlichen, nachdem sie Gerüchte gehört hatte, dass Charbonneau im September einen vollständigen Transit erfolgreich gesehen hatte. Artikel beider Teams wurden gleichzeitig in derselben Ausgabe des Astrophysical Journal veröffentlicht . Jeder Transit dauert etwa drei Stunden, in denen der Planet etwa 1,5 % der Oberfläche des Sterns bedeckt.

Der Stern wurde viele Male vom Hipparcos - Satelliten beobachtet, wodurch Astronomen die Umlaufzeit von HD 209458 b mit 3,524736 Tagen sehr genau berechnen konnten.

Spektroskopisch

Eine spektroskopische Analyse hatte gezeigt, dass der Planet eine etwa 0,69-fache Masse des Jupiter hatte . Das Auftreten von Transiten ermöglichte es Astronomen, den Radius des Planeten zu berechnen, was für keinen zuvor bekannten Exoplaneten möglich war, und es stellte sich heraus, dass er einen Radius hatte, der etwa 35 % größer war als der von Jupiter. Zuvor war die Hypothese aufgestellt worden, dass heiße Jupiter , die ihrem Mutterstern besonders nahe stehen, aufgrund der starken Erwärmung ihrer äußeren Atmosphäre diese Art von Inflation aufweisen sollten. Gezeitenerwärmung aufgrund der Exzentrizität seiner Umlaufbahn, die bei der Entstehung exzentrischer gewesen sein könnte, könnte in den letzten Milliarden Jahren ebenfalls eine Rolle gespielt haben.

Direkter Nachweis

Am 22. März 2005 veröffentlichte die NASA die Nachricht, dass das Infrarotlicht des Planeten vom Spitzer-Weltraumteleskop gemessen wurde , die erste direkte Detektion von Licht von einem extrasolaren Planeten. Dies wurde erreicht, indem das konstante Licht des Muttersterns subtrahiert und der Unterschied notiert wurde, als der Planet vor dem Stern vorbeiging und hinter ihm verfinstert wurde, was ein Maß für das Licht des Planeten selbst lieferte. Neue Messungen aus dieser Beobachtung bestimmten die Temperatur des Planeten als mindestens 750 ° C (1.020 K; 1.380 ° F). Auch die nahezu kreisförmige Umlaufbahn von HD 209458 b wurde bestätigt.

Der Transit von HD 209458 b.

Spektrale Beobachtung

Am 21. Februar 2007 veröffentlichten die NASA und Nature die Nachricht, dass HD 209458 b einer der ersten beiden extrasolaren Planeten war, deren Spektren direkt beobachtet wurden, der andere war HD 189733 b . Dies galt lange Zeit als der erste Mechanismus, mit dem nach extrasolaren, aber nicht empfindungsfähigen Lebensformen durch Einfluss auf die Atmosphäre eines Planeten gesucht werden konnte. Eine Gruppe von Ermittlern unter der Leitung von Jeremy Richardson vom Goddard Space Flight Center der NASA hat die Atmosphäre von HD 209458 b im Bereich von 7,5 bis 13,2 Mikrometern spektral vermessen . Die Ergebnisse trotzten den theoretischen Erwartungen in mehrfacher Hinsicht. Es war vorhergesagt worden, dass das Spektrum eine Spitze bei 10 Mikrometern hat, was auf Wasserdampf in der Atmosphäre hindeuten würde, aber eine solche Spitze fehlte, was darauf hindeutet, dass kein Wasserdampf nachweisbar ist. Ein weiterer unerwarteter Peak wurde bei 9,65 Mikrometern beobachtet, den die Forscher Silikatstaubwolken zuschrieben , einem zuvor nicht beobachteten Phänomen. Ein weiterer unerwarteter Peak trat bei 7,78 Mikrometer auf, für den die Ermittler keine Erklärung hatten. Ein separates Team unter der Leitung von Mark Swain vom Jet Propulsion Laboratory analysierte die Richardson et al. Daten und hatten ihre Ergebnisse noch nicht veröffentlicht, als Richardson et al. Artikel herauskam, machte aber ähnliche Feststellungen.

Am 23. Juni 2010 gaben Astronomen bekannt, dass sie zum ersten Mal einen Supersturm (mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 7.000  km/h (2.000  m/s ; 4.000  mph )) in der Atmosphäre von HD 209458 b gemessen haben. Die hochpräzisen Beobachtungen des Very Large Telescope der ESO und seines leistungsstarken CRIRES -Spektrographen für Kohlenmonoxidgas zeigen, dass es mit enormer Geschwindigkeit von der extrem heißen Tagseite zur kühleren Nachtseite des Planeten strömt. Die Beobachtungen ermöglichen auch eine weitere aufregende „Premiere“ – die Messung der Umlaufgeschwindigkeit des Exoplaneten selbst, was eine direkte Bestimmung seiner Masse ermöglicht.

Ab 2021 bleiben die von verschiedenen Instrumenten aufgenommenen Spektren der Planetenatmosphäre höchst uneinheitlich, was entweder auf eine metallarme Atmosphäre, Temperaturen unter dem Schwarzkörpergleichgewicht oder eine Ungleichgewichtsatmosphärenchemie hinweist.

Drehung

Im August 2008 beträgt die Messung des Rossiter-McLaughlin-Effekts von HD 209458 b und damit des Spin-Orbit-Winkels –4,4 ± 1,4 °.

Die Studie aus dem Jahr 2012 aktualisierte den Spin-Orbit-Winkel auf -5 ± 7 °.

Physikalische Eigenschaften

Eine künstlerische Darstellung von HD 209458 b

Stratosphäre und obere Wolken

Die Atmosphäre hat einen Druck von einem Bar in einer Höhe von 1,29 Jupiterradien über dem Zentrum des Planeten.

Bei einem Druck von 33 ± 5 Millibar ist die Atmosphäre klar (wahrscheinlich Wasserstoff) und ihr Rayleigh-Effekt ist nachweisbar. Bei diesem Druck beträgt die Temperatur 2.200 ± 260 K (1.900 ± 260 ° C; 3.500 ± 470 ° F).

Beobachtungen des umlaufenden Microvariability and Oscillations of STars-Teleskops begrenzten zunächst die Albedo (oder das Reflexionsvermögen) des Planeten auf unter 0,3, was ihn zu einem überraschend dunklen Objekt machte. (Die geometrische Albedo wurde seitdem mit 0,038 ± 0,045 gemessen.) Im Vergleich dazu hat Jupiter eine viel höhere Albedo von 0,52. Dies würde darauf hindeuten, dass das obere Wolkendeck von HD 209458 b entweder aus weniger reflektierendem Material als das von Jupiter besteht oder keine Wolken hat und Rayleigh-Strahlung wie der dunkle Ozean der Erde streut. Seitdem haben Modelle gezeigt, dass zwischen dem oberen Ende seiner Atmosphäre und dem heißen Hochdruckgas, das den Mantel umgibt, eine Stratosphäre mit kühlerem Gas existiert. Dies impliziert eine äußere Hülle aus dunklen, undurchsichtigen, heißen Wolken; normalerweise wird angenommen, dass es aus Vanadium- und Titanoxiden besteht, aber andere Verbindungen wie Tholin können noch nicht ausgeschlossen werden. Eine Studie aus dem Jahr 2016 zeigt, dass die Wolkendecke in großer Höhe mit einer Abdeckung von etwa 57 Prozent lückenhaft ist. Der durch Rayleigh-Streuung erhitzte Wasserstoff ruht an der Spitze der Stratosphäre ; darüber schwebt der absorbierende Anteil der Wolkendecke bei 25 Millibar.

Exosphäre

Am 27. November 2001 gaben Astronomen bekannt, dass sie mithilfe von Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop Natrium in der Atmosphäre des Planeten entdeckt hatten. Dies war die erste Planetenatmosphäre außerhalb des Sonnensystems, die gemessen wurde. Der Kern der Natriumleitung verläuft von Drücken von 50 Millibar bis zu einem Mikrobar. Es stellt sich heraus, dass dies etwa ein Drittel der Natriummenge bei HD 189733 b ist .

Die zusätzlichen Daten bestätigten nicht das Vorhandensein von Natrium in der Atmosphäre von HD 209458 b wie im Jahr 2020.

In den Jahren 2003 bis 2004 entdeckten Astronomen mit dem Hubble Space Telescope Imaging Spectrograph eine enorme ellipsoidische Hülle aus Wasserstoff , Kohlenstoff und Sauerstoff um den Planeten herum, die 10.000 K (10.000 ° C; 20.000 ° F) erreicht. Die Wasserstoff - Exosphäre erstreckt sich bis zu einer Entfernung R H =3,1 R J , viel größer als der Planetenradius von 1,32 R J . Bei dieser Temperatur und Entfernung führt die Maxwell-Boltzmann-Verteilung der Teilchengeschwindigkeiten zu einem signifikanten "Schweif" von Atomen, die sich mit Geschwindigkeiten bewegen, die größer als die Fluchtgeschwindigkeit sind . Es wird geschätzt, dass der Planet etwa 100–500 Millionen  kg (0,2–1  Milliarde  lb ) Wasserstoff pro Sekunde verliert. Die Analyse des Sternenlichts, das durch die Hülle geht, zeigt, dass die schwereren Kohlenstoff- und Sauerstoffatome durch den extremen " hydrodynamischen Widerstand ", der durch seine verdampfende Wasserstoffatmosphäre entsteht, vom Planeten weggeblasen werden. Der vom Planeten ausströmende Wasserstoffschweif ist ungefähr 200.000 km lang, was ungefähr seinem Durchmesser entspricht.

Es wird angenommen, dass diese Art von Atmosphärenverlust allen Planeten gemeinsam ist, die sonnenähnliche Sterne näher als etwa 0,1 AE (10 Millionen km; 9 Millionen Meilen) umkreisen. HD 209458 b wird nicht vollständig verdampfen, obwohl es während seiner geschätzten Lebensdauer von 5 Milliarden Jahren bis zu etwa 7 % seiner Masse verloren haben könnte. Es ist möglich, dass das Magnetfeld des Planeten diesen Verlust verhindert, da die Exosphäre durch den Stern ionisiert würde und das Magnetfeld die Ionen vor dem Verlust zurückhalten würde.

Zusammensetzung der Atmosphäre

Am 10. April 2007 gab Travis Barman vom Lowell Observatory Beweise dafür bekannt, dass die Atmosphäre von HD 209458 b Wasserdampf enthielt . Unter Verwendung einer Kombination aus zuvor veröffentlichten Messungen des Hubble-Weltraumteleskops und neuen theoretischen Modellen fand Barman starke Beweise für die Wasseraufnahme in der Atmosphäre des Planeten. Seine Methode modellierte Licht, das vom Stern des Planeten direkt durch die Atmosphäre strömt, wenn der Planet davor vorbeizieht. Diese Hypothese wird jedoch noch zur Bestätigung untersucht.

Barman stützte sich auf Daten und Messungen, die Heather Knutson, eine Studentin an der Harvard University , vom Hubble Space Telescope gemacht hatte, und wandte neue theoretische Modelle an, um die Wahrscheinlichkeit einer Wasseraufnahme in der Atmosphäre des Planeten zu demonstrieren. Der Planet umkreist seinen Mutterstern alle dreieinhalb Tage, und jedes Mal, wenn er vor seinem Mutterstern vorbeizieht, kann der atmosphärische Inhalt analysiert werden, indem untersucht wird, wie die Atmosphäre Licht absorbiert, das von dem Stern direkt durch die Atmosphäre in Richtung strömt Erde.

Laut einer Zusammenfassung der Forschungsergebnisse lässt die atmosphärische Wasserabsorption in einem solchen Exoplaneten ihn über einen Teil des Infrarotspektrums größer erscheinen , verglichen mit Wellenlängen im sichtbaren Spektrum . Barman nahm Knutsons Hubble-Daten zu HD 209458 b, wendete sie auf sein theoretisches Modell an und identifizierte angeblich die Wasseraufnahme in der Atmosphäre des Planeten.

Am 24. April warnte der Astronom David Charbonneau , der das Team leitete, das die Hubble-Beobachtungen durchführte, dass das Teleskop selbst Variationen eingeführt haben könnte, die dazu führten, dass das theoretische Modell das Vorhandensein von Wasser nahelegte. Er hoffe, dass weitere Beobachtungen die Angelegenheit in den folgenden Monaten klären würden. Ab April 2007 werden weitere Untersuchungen durchgeführt.

Am 20. Oktober 2009 gaben Forscher am JPL die Entdeckung von Wasserdampf , Kohlendioxid und Methan in der Atmosphäre bekannt.

Die im Jahr 2021 erhaltenen verfeinerten Spektren haben stattdessen Wasserdampf , Kohlenmonoxid , Blausäure , Methan , Ammoniak und Acetylen nachgewiesen , die alle mit dem extrem hohen Molverhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff von 1,0 übereinstimmen (während Sonne ein C/O-Molverhältnis von 0,55 hat). Wenn das stimmt, könnte HD 209458 b ein Paradebeispiel für den Kohlenstoffplaneten sein .

Magnetfeld

Im Jahr 2014 wurde aus der Art und Weise, wie Wasserstoff vom Planeten verdunstete, auf ein Magnetfeld um HD 209458 b geschlossen. Es ist der erste (indirekte) Nachweis eines Magnetfelds auf einem Exoplaneten. Das Magnetfeld wird auf etwa ein Zehntel der Stärke des Jupiters geschätzt.

Vergleich von Exoplaneten des „ heißen Jupiter “ (Künstlerkonzept).

Von oben links nach unten rechts: WASP-12b , WASP-6b , WASP-31b , WASP-39b , HD 189733b , HAT-P-12b , WASP-17b , WASP-19b , HAT-P-1b und HD 209458b .

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links