Verdacht erhärtet: Astronomen könnten den ersten vulkanischen Exomond aufgespürt haben – ein extrasolares Analog zum vulkanischen Jupitermond Io. Demnach könnte der rund 550 Lichtjahre entfernte Gasriese WASP-49 b von einem kleinen, extrem aktiven Vulkanmond umkreist werden. Indiz dafür sind natriumhaltige Gaswolken, die zu bestimmten Zeiten neben und über dem Planeten nachweisbar sind. Ihre Existenz wird nun auch von neuen, genaueren Beobachtungen bestätigt.
Ob Pandora oder der feurige Vulkanmond Mustafar aus der Star-Wars-Filmreihe: In der Science-Fiction sind extrasolare Monde längst etabliert. Doch im realen Kosmos machen sie sich bislang rar: Astronomen haben zwar zwei mögliche Exomond-Kandidaten aufgespürt, doch deren Existenz ist stark umstritten. Andererseits legt die Fülle an unterschiedlichsten Monden in unserem eigenen Sonnensystem nahe, dass solche Trabanten auch bei Exoplaneten häufig vorkommen müssten. Wegen ihrer geringen Größe und Masse sind die Exomonde jedoch schwer nachzuweisen.
WASP-49b und die Natriumwolken
Ein solcher Fall ist auch ein 2017 entdeckter dritter Exomond-Kandidat – ein möglicher Trabant um den rund 635 Lichtjahre entfernten heißen Gasriesen WASP-49 b. Ein erstes Indiz dafür entdeckten Astronomen bereits vor einigen Jahren, als sie auffallend starke Spektrallinien von gasförmigem Natrium und Kalium im Umfeld des Exoplaneten beobachteten. Den spektralen Merkmalen nach müsste es in diesem Planetensystem etwas geben, das die enorme Menge von 100 Tonnen Natrium pro Sekunde freisetzt.
Doch was könnte dies sein? Der Stern WASP-49 und sein ihn eng umkreisender Gasplanet bestehen größtenteils aus Wasserstoff und Helium, in ihren Gashüllen gibt es allenfalls Spuren von Natrium. Daher gilt es als eher unwahrscheinlich, dass diese Gaswolken vom Exoplaneten stammen. Eine bekannte Quelle natriumreicher Gase ist jedoch der vulkanische Jupitermond Io in unserem Sonnensystem: Seine extrem aktiven Vulkane erzeugen große Gaswolken, die ebenfalls auffallend viel Natrium enthalten. Deswegen vermuteten Astronomen, dass es auch im Orbit des Exoplaneten WASP-49b einen Vulkanmond geben könnte.
Verhalten der Gaswolken nicht mit planetaren Prozessen erklärbar
Um dieser Spur nachzugehen und den vulkanischen Exomond-Kandidaten zu überprüfen, haben Astronomen um Apurva Oza vom California Institute of Technology ihn noch einmal genauer untersucht. Dafür nahmen sie WASP-49 und seinen Gasplaneten mit hochauflösenden Spektrografen des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile ins Visier. Während mehrerer Transits des Planeten WASP-49b vor seinem Stern analysierten die Astronomen Menge und Timing des Natrium-Überschusses in diesem System.
Die Beobachtungen enthüllten: Die Natriumschwaden tauchen nicht im Takt mit dem Planeten vor dem Stern auf, sondern unabhängig von ihm: Mal ist die höchste Natriumkonzentration mehrere Stunden vor dem Transit des Gasriesen zu sehen, mal längere Zeit danach. „Die relative Natriumabsorption ist zudem hochgradig variabel“, berichtet das Team. In einigen Transits deutete das Lichtspektrum auf eine hohe Natriumdichte hin, in anderen auf eine eher geringe. In zwei Fällen schien die Natriumwolke zwischenzeitlich durch frisches Gas wieder aufgefüllt worden zu sein, wie Oza und seine Kollegen feststellten.
Ungewöhnlich auch: Die natriumhaltige Wolke bewegt sich schneller als der Exoplanet und in die falsche Richtung. „Die Wolke bewegt sich entgegengesetzt zu dem, was man erwarten würde wenn sie zur Atmosphäre des Planeten gehören würde“, sagt Oza. „Wir halten das daher für ein wichtiges Indiz.“
Exomond mit achtstündiger Umlaufperiode
Ergänzend zu ihren Beobachtungen spielten die Astronomen verschiedene Konfigurationen des Planetensystems mit und ohne Exomond durch und testeten, welche die Spektraldaten am besten erklären würden. „Die Belege dafür, dass etwas anderes als der Exoplanet und sein Stern diese Gase produziert, sind ziemlich überzeugend“, sagt Koautorin Rosaly Lopes vom Jet Propulsion Laboratory der NASA.
Den Modellen zufolge passt das Verhalten der natriumhaltigen Gaswolken am besten zu einem Vulkanmond, der den Gasriesen WASP-49b alle acht Stunden einmal umkreist und dabei immer wieder große Mengen an vulkanischen Gasen ins All emittiert. Weil der Planet seinerseits alle 2,8 Tage vor seinem Stern vorüberzieht, ergibt sich daraus ein wechselndes Muster der Bedeckungen – ähnlich dem in der Lichtkurve beobachteten. „Endlich einen Exomond nachzuweisen, wäre außerordentlich“, sagt Lopes.
Zerstörung vorprogrammiert
Sollte WASP-49b tatsächlich von einem extrasolaren „Vetter“ des Vulkanmonds Io umkreist werden, müsste dieser sogar noch stärker vulkanisch aktiv sein als der Jupitermond. Die Menge an ausgestoßenen Gasen deutet sogar darauf hin, dass der vulkanische Exomond möglicherweise kurz vor seiner Zerstörung steht. Denn der Masseverlust durch die heftigen Vulkanausbrüche, kombiniert mit den starken Gezeitenkräften des nahen Exoplaneten und Sterns müssten den Vulkanmond mit der Zeit zerstören, wie die Astronomen erklären.
„Wenn es dort wirklich einen Mond gibt, steht er vermutlich kurz vor einem destruktiven Ende“, sagt Oza. Doch noch reichen auch die neuen Beobachtungen nicht aus, um die Existenz des Exomondes um WASP-49b eindeutig zu beweisen. Dafür sind weitere, länger anhaltende Beobachtungen nötig, wie die Astronomen betonen. (Astrophysical Journal Letters, 2024; doi: 10.3847/2041-8213/ad6b29)
Quelle: NASA Jet Propulsion Laboratory
