Astronomie : Rätsel der Astrophysik gelöst

Potsdamer Astronomen können mit Hightech-Innovation fehlendes chemisches Element bei Exoplaneten nachweisen.

Heiße Sache. Ein Spektrograf des AIP ermöglichte den Fund auf einem fernen Gasplaneten.
Heiße Sache. Ein Spektrograf des AIP ermöglichte den Fund auf einem fernen Gasplaneten.Foto: M. Weiss/AFP

Potsdamer Astronomen ist es gelungen, ein Rätsel der Astrophysik zu lösen. Mithilfe des am Potsdamer Leibniz-Instituts für Astrophysik (AIP) entwickelten Pepsi-Spektrografen (Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument) konnte ein Team von Astronominnen und Astronomen unter der Leitung von AIP-Doktorand Engin Keles erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten ein überzeugend starkes Signal des chemischen Elements Kalium ausmachen.

Kalium definitiv nachgewiesen

Die chemischen Elemente Natrium und Kalium werden aufgrund theoretischer Vorhersagen vor allem in der Atmosphäre von „heißen Jupitern“ erwartet. Dabei handelt es sich um einige Tausend Kelvin heiße Gasplaneten, die eng um ferne Sterne kreisen. Natrium war schon früh in hochauflösenden Messungen gefunden worden, Kalium allerdings war nicht auszumachen. Mit dem Pepsi-Spektrografen am Large Binocular Telescope (LBT) in Arizona wurden die Forscher nun aber bei Untersuchung der Atmosphäre auf dem jupiterähnlichen Exoplaneten HD189733b fündig. Mit der großen Lichtsammelfläche der zwei 8,4-Meter-Spiegel am LBT und den hohen spektralen Auflösungsmöglichkeiten von Pepsi gelang es ihnen, Kalium in den atmosphärischen Schichten über den Wolken definitiv nachzuweisen. „Unsere Beobachtungen haben den Durchbruch geschafft“, betont Projekt-Mitverantwortlicher Matthias Mallonn. Die Forscher wollen nun die Absorptionssignale von Kalium und Natrium vergleichen , um so mehr über Kondensations- und Ionisationsprozesse in den Atmosphären von Exoplaneten zu erfahren.

Innovationskraft des Instituts

Für das AIP ist die Entdeckung auch eine Bestätigung der Innovationskraft des Instituts. „Dieser starke Nachweis von Kalium in der Atmosphäre eines Exoplaneten etabliert Pepsi als erstaunliches Werkzeug zur Charakterisierung von Exoplaneten und als einzigartige Bereicherung für die Mitglieder der LBT-Gemeinschaft“, so der Direktor des LBT-Observatoriums Christian Veillet. Pepsi habe bereits bedeutende Beiträge zur Sternphysik geleistet.

Präzisester Spektrograf der Welt

Der Potsdamer Pepsi-Spektrograf war rund elf Jahre lang am AIP entwickelt und im Jahr 2018 in Betrieb genommen worden. Er gilt als der präziseste und hochauflösendste Spektrograf der Welt. Die Wissenschaftler und Ingenieure hatten dafür Bauteile entwickelt, die es so noch nicht gab. So wurde eine extrem präzise Analyse des Lichts möglich, die ein Teleskop einfängt. „Pepsi ist für diese Aufgabe gut geeignet, da es auf Grund seiner hohen spektralen Auflösung mehr Photonen pro Pixel aus sehr schmalen Spektrallinien sammeln kann als jede andere Teleskop-Spektrograf-Kombination“, erklärte Pepsi-Projektleiter Klaus Strassmeier, Direktor am AIP, zu der aktuellen Kalium-Messung.

Das Forscher-Team, bestehend aus Wissenschaftlern aus Dänemark, den Niederlanden, der Schweiz, Italien und den USA hat seine Ergebnisse nun in der Zeitschrift „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ vorgestellt.