WASP-121b

Exoplanet
WASP-121b
Künstlerische Darstellung von WASP-121b und seinem Wirtsstern
Künstlerische Darstellung von WASP-121b und seinem Wirtsstern
WASP-121b
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Sternbild Achterdeck des Schiffs
Position
Äquinoktium: J2000.0
Rektaszension 07h 10m 24,060s [1][2]
Deklination −39° 05′ 50,57″ [1][2]
Orbitdaten
Zentralstern WASP-121
Große Halbachse 0,02596 +0,00043−0,00063 AE [3]
Exzentrizität 0 [3]
Umlaufdauer 1,2749 d [4]
Weitere Daten
Radius 1,753 ± 0,036 RJ [3]
Masse 1,170 ± 0,043 MJ [5]
Entfernung 261,95 +0,66−0,70 pc [1][2]
Inklination 88,49° ± 0,16° [3]
Mittlere Dichte 0,266 +0.024−0.022 g/cm3 [3]
Geschichte
Entdeckung Laetitia Delrez et al.[6]
Datum der Entdeckung 2015

WASP-121b (auch bekannt als WASP-121 b und Tylos[7]) ist ein Exoplanet, der den Stern WASP-121 umkreist.[6][8] WASP-121b ist der erste Exoplanet, in dessen Stratosphäre (d. h. einer atmosphärischen Schicht, in der die Temperaturen mit zunehmender Höhe steigen) Wasser nachgewiesen wurde.[9][10][11] WASP-121b befindet sich im Sternbild Achterdeck des Schiffs (Puppis) in einer Entfernung von 262 Parsec (854 Lichtjahre).[1][2]

Namensherkunft

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Die Bezeichnung WASP verweist auf das Programm Wide Angle Search for Planets, das mittels Transitmethode nach Exoplaneten sucht. Im August 2022 wurde dieser Planet mit seinem Wirtsstern in das Projekt NameExoWorlds der IAU aufgenommen[12], in dem Menschen aus der ganzen Welt Namensvorschläge einreichen können. Im Juni 2023 wurden die angenommenen Bezeichnungen veröffentlicht. Eine Gruppe aus Bahrain konnte sich mit ihrem Vorschlag durchsetzen. WASP-121b erhielt den neuen Namen Tylos, eine Bezeichnung für Bahrain im Antiken Griechenland. Der Name des Wirtssterns ist Dilmun, der auf die antike Zivilisation verweist, die dort vermutlich einst lebte.

Eigenschaften

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WASP-121b ist ein Heißer Jupiter mit einer Masse von etwa 1,17 Jupitermassen[5] und einem Radius von ungefähr 1,75 Jupiterradien.[3] Der Planet umkreist den Stern, WASP-121, innerhalb von 1,27 Tagen (30,6 Stunden)[4] in einer Entfernung von fast 0,026 Astronomischen Einheiten oder 3,8 Mal dem Radius des Zentralsterns.[3]

Aufgrund seiner Nähe zum Zentralstern ist davon auszugehen, dass die Eigendrehung von WASP-121b durch Gezeitenkräfte an seinen Umlauf gekoppelt ist. Diese sogenannte gebundene Rotation läuft darauf hinaus, dass der Planet dem Stern immer dieselbe Seite zuweist.[13] Dadurch besitzen die beleuchteten und unbeleuchteten Seiten deutlich unterschiedliche Temperaturen. Derzeit geht man von bis zu 3200 Kelvin auf der Tagseite und 1200 Kelvin am kühlsten Ort auf der Nachtseite aus.[14] Nachgelagerte Untersuchungen deuten auf zeitliche Veränderungen hin.[15]

Weiterhin ist zu vermuten, dass der Planet durch dieselben Gezeitenkräfte verformt wird.[16] Eine Methode für einen empirischen Nachweis, die auf einer Messung der Love-Zahlen beruht, wurde 2019 in einer Forschungsarbeit diskutiert. Entsprechende Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble lieferten einen möglichen Hinweis. Die ermittelte Zahl h2 = 1,4 ± 0,8 für WASP-121b, vergleichbar mit Jupiter und Saturn, deutet auf Kräfte hin, die den Planeten verformen sollten.[17][18] Allerdings sind die nötigen Messungen erheblich durch Nebeneffekte wie die Randverdunklung von Sternen beeinträchtigt und müssen mit Vorsicht betrachtet werden.

Die Äquatorebene des Zentralsterns ist gegenüber der Bahn des Planeten um 8,1° verkippt.[3]

Atmosphärische Eigenschaften

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Eine frühe spektrale Untersuchung des Planeten wies Absorptionsbereiche im nahen Infrarot auf, die auf atmosphärische Temperaturen um 2500 Kelvin zurückzuführen sind. Die Forschenden schlossen daraus auf die Existenz von Wasserdampf (H₂O), Titanoxid (TiO) und Vanadiumoxid (VO).[8] TiO und VO konnten aber in nachfolgenden Studien nicht bestätigt werden.[19][20][21] Allerdings weist die Atmosphäre von WASP-121b Metalle wie Eisen, Chrom und Vanadium auf.[22][23][24]

Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble ermittelten, dass aufgrund der großen Temperaturunterschiede zwischen der Tag- und Nachtseite das Eisen beim Übergang auf die kühlere Nachtseite aus der Gasphase auskondensiert und Wolken bildet. Das Wasser wechselt dabei von der Dampfphase (Gas) auf der Nachtseite, zu einem glühenden Gas auf der heißen Tagseite, wobei die Moleküle teilweise aufbrechen.[14] Eine Neuauswertung von zuvor gesammelten Spektraldaten spürte neutrales Magnesium, Kalzium, Vanadium, Chrom, Eisen, Kobalt und Nickel auf.[25][26] Die Atmosphäre enthält zudem Ionen der Metalle Magnesium und Eisen,[27] sowie Chrom, Vanadium, Kalzium, Scandium, Kobalt und Barium.[26][28]

Die Atmosphäre scheint sich zudem deutlich außerhalb des chemischen Gleichgewichts zu befinden und möglicherweise ins All zu entweichen. Die starken atmosphärischen Strömungen jenseits der Roche-Grenze, die auf einen anhaltenden Atmosphärenverlust hindeuten, wurden Ende 2020 bestätigt.[29] Im Jahr 2021 wurde festgestellt, dass die Planetenatmosphäre etwas blauer und weniger absorbierend als zuvor vermutet ist, was ein Hinweis auf planetarische Wettermuster sein könnte.[30] Bis 2022 wurde das Fehlen von Aluminium und Titan in der Planetenatmosphäre bestätigt und auf die nächtliche Kondensation von hitzebeständigem Aluminiumoxid (Al2O3, Korund), Titandioxid und Perowskit (CaTiO3) zurückgeführt, welches in feine Tröpfchen in niedrigere Schichten abregnet.[14][31] Korund ist mit Verunreinigungen mit Chrom, Eisen, Titan und Vanadium als Rubin und Saphir bekannt, und kann als Aerosol in der Atmosphäre existieren.[14]

Durch Beobachtungen mit den vier Teleskopen des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) konnte 2024 auf WASP-121b erstmals die Höhenstruktur einer Atmosphäre eines Exoplaneten vermessen werden. Dabei fand man zwei separate, horizontale Windsysteme in unterschiedlichen Höhen. Ein Jetstream wälzt Material um den Äquator des Planeten und beschleunigt sich auf der Tagseite. Eine separate Strömung in den unteren Schichten der Atmosphäre transportiert Gas von der heißen Seite zur kühleren Seite. Zusätzlich ergaben die Analysen, dass Wasserstoff oberhalb des Jetstreams in die Höhe getragen wird.[32][33] Weiterhin wurden zahlreiche (Erd-)Alkalimetalle und Metalle nachgewiesen.[34]

Hinweise auf einen Exomond

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Das mittels Absorptionsspektroskopie um WASP-121b nachgewiesene Natrium ist mit einem extrasolaren Gastorus vereinbar, der möglicherweise von einem verborgenen Exomond gespeist wird, der dem Jupitermond Io ähnelt.[35]

Einzelnachweise

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  1. ↑ a b c Gaia Collaboration, A. Vallenari, A. G. A. Brown, T. Prusti et al.: Gaia Data Release 3: Summary of the content and survey properties. In: Astronomy & Astrophysics. Band 674, Juni 2023, ISSN 0004-6361, S. A1, doi:10.1051/0004-6361/202243940, arxiv:2208.00211 [astro-ph], bibcode:2023A&A...674A...1G (aanda.org [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  2. ↑ a b c Gaia Collaboration: Gaia DR3 Part 1. Main source. In: VizieR Catalogue. CDS, Strasbourg, France, 2022, abgerufen am 13. Februar 2025 (englisch).
  3. ↑ a b c d e f g h V. Bourrier, D. Ehrenreich, M. Lendl et al.: Hot Exoplanet Atmospheres Resolved with Transit Spectroscopy (HEARTS): III. Atmospheric structure of the misaligned ultra-hot Jupiter WASP-121b. In: Astronomy & Astrophysics. Band 635, März 2020, ISSN 0004-6361, S. A205, doi:10.1051/0004-6361/201936640 (aanda.org [abgerufen am 12. Februar 2025]).
  4. ↑ a b A. Kokori, A. Tsiaras, B. Edwards et al.: ExoClock Project. III. 450 New Exoplanet Ephemerides from Ground and Space Observations. In: The Astrophysical Journal Supplement Series. Band 265, Nr. 1, 1. März 2023, ISSN 0067-0049, S. 4, doi:10.3847/1538-4365/ac9da4, arxiv:2209.09673 [astro-ph], bibcode:2023ApJS..265....4K (iop.org [abgerufen am 12. Februar 2025]).
  5. ↑ a b David K. Sing, Thomas M. Evans-Soma, Zafar Rustamkulov et al.: An Absolute Mass, Precise Age, and Hints of Planetary Winds for WASP-121A and b from a JWST NIRSpec Phase Curve. In: The Astronomical Journal. Band 168, Nr. 6, 1. Dezember 2024, ISSN 0004-6256, S. 231, doi:10.3847/1538-3881/ad7fe7, arxiv:2501.03844 [astro-ph], bibcode:2024AJ....168..231S (englisch, iop.org [abgerufen am 18. Februar 2025]).
  6. ↑ a b L. Delrez, A. Santerne, J.-M. Almenara et al.: WASP-121 b: a hot Jupiter close to tidal disruption transiting an active F star. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 458, Nr. 4. Oxford University Press im namen der Royal Astronomical Society, 1. Juni 2016, ISSN 0035-8711, S. 4025–4043, doi:10.1093/mnras/stw522, arxiv:1506.02471 [astro-ph], bibcode:2016MNRAS.458.4025D (oup.com [abgerufen am 12. Februar 2025]).
  7. ↑ Lina Canas, Matipon Tangmatitham, Suzana Filipecki Martins: 2022 Approved Names. In: nameexoworlds.iau.org. IAU, 2022, abgerufen am 13. Februar 2025 (englisch).
  8. ↑ a b Thomas M. Evans, David K. Sing, Tiffany Kataria et al.: An ultrahot gas-giant exoplanet with a stratosphere. In: Nature. Band 548, Nr. 7665, August 2017, ISSN 0028-0836, S. 58–61, doi:10.1038/nature23266, PMID 28770846, arxiv:1708.01076 [astro-ph], bibcode:2017Natur.548...58E (nature.com [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  9. ↑ Sibylle Anderl: Besitzt ein ferner Gasriese eine Stratosphäre? In: Frankfurter Allgemeine. 23. August 2017, abgerufen am 13. Februar 2025.
  10. ↑ Erstmals Stratosphäre bei Exoplaneten nachgewiesen. In: science.ORF.at. ORF, 3. August 2017, abgerufen am 13. Februar 2025.
  11. ↑ Tilmann Althaus: Exoplaneten: WASP-121b ist eine glühende Höllenwelt mit Stratosphäre. In: Spektrum.de. Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg, 3. August 2017, abgerufen am 13. Februar 2025.
  12. ↑ IAU NameExoWorlds. IAU, 2022, abgerufen am 13. Februar 2025 (englisch).
  13. ↑ Tanja Banner: Exoplanet WASP-121b: „Auf der Nachtseite könnte es flüssige Edelsteine regnen“. In: Frankfurter Rundschau. 16. März 2022, abgerufen am 13. Februar 2025.
  14. ↑ a b c d Thomas Mikal-Evans, David K. Sing, Joanna K. Barstow et al.: Diurnal variations in the stratosphere of the ultrahot giant exoplanet WASP-121b. In: Nature Astronomy. Band 6, Nr. 4, 21. Februar 2022, ISSN 2397-3366, S. 471–479, doi:10.1038/s41550-021-01592-w, arxiv:2202.09884 [astro-ph], bibcode:2022NatAs...6..471M (nature.com [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  15. ↑ Q. Changeat, J. W. Skinner, J. Y-K. Cho et al.: Is the Atmosphere of the Ultra-hot Jupiter WASP-121 b Variable? In: The Astrophysical Journal Supplement Series. Band 270, Nr. 2, 1. Februar 2024, ISSN 0067-0049, S. 34, doi:10.3847/1538-4365/ad1191, arxiv:2401.01465 [astro-ph], bibcode:2024ApJS..270...34C (iop.org [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  16. ↑ Werner Pluta: Ein Exoplanet mit einer Eisen-Atmosphäre. In: Golem.de: IT-News für Profis. 2. August 2019, abgerufen am 13. Februar 2025.
  17. ↑ Hugo Hellard, Szilárd Csizmadia, Sebastiano Padovan, Frank Sohl, Heike Rauer: HST/STIS Capability for Love Number Measurement of WASP-121b. In: The Astrophysical Journal. Band 889, Nr. 1, 20. Januar 2020, ISSN 0004-637X, S. 66, doi:10.3847/1538-4357/ab616e, arxiv:1912.05889 [astro-ph], bibcode:2020ApJ...889...66H (englisch, iop.org [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  18. ↑ waspplanets: The tidal shape of the exoplanet WASP-121b. In: WASP Planets. 19. Dezember 2019, abgerufen am 13. Februar 2025 (englisch).
  19. ↑ Thomas Mikal-Evans, David K Sing, Jayesh M Goyal et al.: An emission spectrum for WASP-121b measured across the 0.8–1.1 μm wavelength range using the Hubble Space Telescope. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 488, Nr. 2, 11. September 2019, ISSN 0035-8711, S. 2222–2234, doi:10.1093/mnras/stz1753, arxiv:1906.06326 [astro-ph], bibcode:2019MNRAS.488.2222M (englisch, oup.com [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  20. ↑ S. R. Merritt, N. P. Gibson, S. K. Nugroho, E. J. W. de Mooij, M. J. Hooton, S. M. Matthews, L. K. McKemmish, T. Mikal-Evans, N. Nikolov, D. K. Sing, J. J. Spake: Non-detection of TiO and VO in the atmosphere of WASP-121b using high-resolution spectroscopy. In: Astronomy & Astrophysics. 636. Jahrgang, 1. April 2020, ISSN 0004-6361, S. A117, doi:10.1051/0004-6361/201937409, arxiv:2002.02795, bibcode:2020A&A...636A.117M (englisch, aanda.org).
  21. ↑ Thomas Mikal-Evans, David K Sing, Tiffany Kataria et al.: Confirmation of water emission in the dayside spectrum of the ultrahot Jupiter WASP-121b. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 496, Nr. 2, 1. August 2020, ISSN 0035-8711, S. 1638–1644, doi:10.1093/mnras/staa1628, arxiv:2005.09631 [astro-ph], bibcode:2020MNRAS.496.1638M (englisch, oup.com [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  22. ↑ Neale P Gibson, Stephanie Merritt, Stevanus K Nugroho et al.: Detection of Fe i in the atmosphere of the ultra-hot Jupiter WASP-121b, and a new likelihood-based approach for Doppler-resolved spectroscopy. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 493, Nr. 2, 1. April 2020, ISSN 0035-8711, S. 2215–2228, doi:10.1093/mnras/staa228, arxiv:2001.06430 [astro-ph], bibcode:2020MNRAS.493.2215G (englisch, oup.com [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  23. ↑ Samuel H C Cabot, Nikku Madhusudhan, Luis Welbanks, Anjali Piette, Siddharth Gandhi: Detection of neutral atomic species in the ultra-hot Jupiter WASP-121b. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 494, Nr. 1, 1. Mai 2020, ISSN 0035-8711, S. 363–377, doi:10.1093/mnras/staa748, arxiv:2001.07196 [astro-ph], bibcode:2020MNRAS.494..363C (englisch, oup.com [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  24. ↑ Maya Ben-Yami, Nikku Madhusudhan, Samuel H. C. Cabot et al.: Neutral Cr and V in the Atmosphere of Ultra-hot Jupiter WASP-121 b. In: The Astrophysical Journal Letters. Band 897, Nr. 1, 1. Juli 2020, ISSN 2041-8205, S. L5, doi:10.3847/2041-8213/ab94aa, arxiv:2006.05995 [astro-ph], bibcode:2020ApJ...897L...5B (englisch, iop.org [abgerufen am 13. Februar 2025]).
  25. ↑ H. J. Hoeijmakers, J. V. Seidel, L. Pino et al.: Hot Exoplanet Atmospheres Resolved with Transit Spectroscopy (HEARTS): IV. A spectral inventory of atoms and molecules in the high-resolution transmission spectrum of WASP-121 b. In: Astronomy & Astrophysics. Band 641, September 2020, ISSN 0004-6361, S. A123, doi:10.1051/0004-6361/202038365, arxiv:2006.11308 [astro-ph], bibcode:2020A&A...641A.123H (englisch, aanda.org [abgerufen am 14. Februar 2025]).
  26. ↑ a b Stephanie R Merritt, Neale P Gibson, Stevanus K Nugroho et al.: An inventory of atomic species in the atmosphere of WASP-121b using UVES high-resolution spectroscopy. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 506, Nr. 3, 29. Juli 2021, ISSN 0035-8711, S. 3853–3871, doi:10.1093/mnras/stab1878, arxiv:2106.15394 [astro-ph], bibcode:2021MNRAS.506.3853M (englisch, oup.com [abgerufen am 14. Februar 2025]).
  27. ↑ David K. Sing, Panayotis Lavvas, Gilda E. Ballester et al.: The Hubble Space Telescope PanCET Program: Exospheric Mg ii and Fe ii in the Near-ultraviolet Transmission Spectrum of WASP-121b Using Jitter Decorrelation. In: The Astronomical Journal. Band 158, Nr. 2, 1. August 2019, ISSN 0004-6256, S. 91, doi:10.3847/1538-3881/ab2986, arxiv:1908.00619 [astro-ph], bibcode:2019AJ....158...91S (englisch, iop.org [abgerufen am 14. Februar 2025]).
  28. ↑ T. Azevedo Silva, O. D. S. Demangeon, N. C. Santos, et la.: Detection of barium in the atmospheres of the ultra-hot gas giants WASP-76b and WASP-121b: Together with new detections of Co and Sr+ on WASP-121b. In: Astronomy & Astrophysics. Band 666, Oktober 2022, ISSN 0004-6361, S. L10, doi:10.1051/0004-6361/202244489, arxiv:2210.06892 [astro-ph], bibcode:2022A&A...666L..10A (englisch, aanda.org [abgerufen am 14. Februar 2025]).
  29. ↑ F. Borsa, R. Allart, N. Casasayas-Barris et al.: Atmospheric Rossiter–McLaughlin effect and transmission spectroscopy of WASP-121b with ESPRESSO. In: Astronomy & Astrophysics. Band 645, Januar 2021, ISSN 0004-6361, S. A24, doi:10.1051/0004-6361/202039344, arxiv:2011.01245 [astro-ph], bibcode:2021A&A...645A..24B (englisch, aanda.org [abgerufen am 14. Februar 2025]).
  30. ↑ Jamie Wilson, Neale P Gibson, Joshua D Lothringer et al.: Gemini/GMOS optical transmission spectroscopy of WASP-121b: signs of variability in an ultra-hot Jupiter? In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 503, Nr. 4, 8. April 2021, ISSN 0035-8711, S. 4787–4801, doi:10.1093/mnras/stab797, arxiv:2103.05698 [astro-ph], bibcode:2021MNRAS.503.4787W (englisch, oup.com [abgerufen am 14. Februar 2025]).
  31. ↑ H. J. Hoeijmakers, D. Kitzmann, B. M. Morris et al.: The Mantis Network: IV. A titanium cold trap on the ultra-hot Jupiter WASP-121 b. In: Astronomy & Astrophysics. Band 685, Mai 2024, ISSN 0004-6361, S. A139, doi:10.1051/0004-6361/202244968, arxiv:2210.12847 [astro-ph], bibcode:2024A&A...685A.139H (englisch, aanda.org [abgerufen am 14. Februar 2025]).
  32. ↑ Bárbara Ferreira, Markus Nielbock: „Fast wie Science-Fiction“ – Erste 3D-Beobachtungen der Atmosphäre eines Exoplaneten enthüllen ein einzigartiges Klima. In: eso.org. Europäische Südsternwarte, 18. Februar 2025, abgerufen am 18. Februar 2025.
  33. ↑ Julia V. Seidel, Bibiana Prinoth, Lorenzo Pino et al.: Vertical structure of an exoplanet’s atmospheric jet stream. In: Nature. 18. Februar 2025, ISSN 0028-0836, doi:10.1038/s41586-025-08664-1 (englisch, nature.com [abgerufen am 18. Februar 2025]).
  34. ↑ B. Prinoth, J. V. Seidel, H. J. Hoeijmakers et al.: Titanium chemistry of WASP-121 b with ESPRESSO in 4-UT mode. In: Astronomy & Astrophysics. Band 694, Februar 2025, ISSN 0004-6361, S. A284, doi:10.1051/0004-6361/202452405, arxiv:2502.12262 [astro-ph] (englisch, aanda.org [abgerufen am 20. Februar 2025]).
  35. ↑ Andrea Gebek, Apurva V Oza: Alkaline exospheres of exoplanet systems: evaporative transmission spectra. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Band 497, Nr. 4, 1. Oktober 2020, ISSN 0035-8711, S. 5271–5291, doi:10.1093/mnras/staa2193, arxiv:2005.02536 [astro-ph], bibcode:2020MNRAS.497.5271G (englisch, oup.com [abgerufen am 14. Februar 2025]).