Astronomer har afsløret det første fotografi af en exoplanet taget af NASAs James Webb Space Telescope (JWST). Billedet viser den lyse klat af en verden syv gange tungere end Jupiter, der kredser om en stjerne næsten 400 lysår væk. Det banebrydende resultat er det seneste i en række tidlige exoplanetfund fra teleskopet og en test af teknologier, der vil muliggøre direkte billeddannelse af jordlignende planeter med fremtidige rumteleskoper.
"Det er spændende," sagde Aarynn Carter, en astronom ved University of California, Santa Cruz, og en del af det team, der behandlede billedet. "Resultatet er, ærligt talt, fremragende."
JWST, et teleskop årtier undervejs der blev opsendt i december 2021 og nu flyder en million miles fra Jorden, blev fuldt operationel denne sommer. Den har allerede observeret fjerne galakser ved universets daggry og taget udsøgte udsigter over Jupiter, blandt andre tidlige resultater. Astronomer siger, at teleskopet også præsterer 10 gange bedre end forventet til at observere exoplaneter.
Det nye billede, beskrevet i et medfølgende papir lagt på nettet i går aftes, kommer fra et hold ledet af astrofysikeren Sasha Hinkley ved University of Exeter i Storbritannien. Forskerne pegede JWST på den hurtigt-spinende stjerne HIP 65426, hvor en planet allerede var kendt for at eksistere; SPHERE-instrumentet på Very Large Telescope i Chile først fotograferet planeten i 2017. Hinkleys team forsøgte at teste og karakterisere JWSTs evne til at se planeten, kaldet HIP 65426 b.
Astronomer har direkte afbildet omkring to dusin exoplaneter, men JWST vil i høj grad udvide kapaciteten ved at svinge sit 6.5 meter brede sekskantede spejl og udklasser ethvert jordbaseret observatorium. "Det er et løftes øjeblik," sagde Bruce Macintosh, en astrofysiker og den kommende direktør for University of California Observatories.
Hot Young Giant
For at fotografere HIP 65426 b blokerede JWST lyset fra sin værtsstjerne vha en lille maske kendt som en coronagraph. Dette afslørede den kredsende planet, som er tusindvis af gange svagere, som "en ildflue omkring et søgelys," sagde Hinkley.
HIP 65426 b kredser omkring 100 gange længere fra sin stjerne end Jorden gør solen, og det tager 630 år at fuldføre en bane. Denne afstand betyder, at det er lettere at se planeten mod stjernens blænding; det, kombineret med planetens ekstreme varme og dermed lysstyrke - den har en brændende temperatur på omkring 900 grader Celsius, en feber tilbage fra dens dannelse for bare 14 millioner år siden - gør den til et primært mål for direkte billeddannelse. "Det har en temperatur, der ligner en stearinlysflamme," sagde Beth Biller, en astronom ved University of Edinburgh, der var med til at lede holdet.
JWSTs størrelse og følsomhed gjorde det muligt for den at indsamle mere lys fra denne planet, end noget tidligere observatorium har opnået. (Dens foto ser mere kornet ud end SPHEREs kun, fordi JWST observerer længere, infrarøde bølgelængder.) Dette gjorde det muligt for Hinkley, Biller og deres team at forfine estimatet af planetens masse, som de fastgør til omkring syv Jupiter-masser, mindre end SPHEREs estimat på omkring 10 Deres resultater hjælper også med at fastgøre planetens radius, som er 1.4 gange større end Jupiter. Simple modeller af planetarisk udvikling kan ikke nemt forklare denne verdens kombination af egenskaber; Carter bemærkede, at de præcise nye data vil give videnskabsfolk mulighed for at teste modeller mod hinanden og "stramme vores forståelse."
HIP 65426 b's overfladefunktioner er ikke synlige på billedet, men Biller sagde, at den "sandsynligvis ville se båndet ud" som Jupiter, med bælter forårsaget af variationer i temperatur og sammensætning, og kan have pletter i atmosfæren forårsaget af storme eller hvirvler.
Kæmpeplaneten er ugæstfri over for liv, som vi kender den, men den repræsenterer en klasse af store planeter, som forskerne er ivrige efter at lære mere om. Jupiter sandsynligvis spillede en nøglerolle i at skulpturere vores solsystem, måske at gøre det muligt for livet på Jorden at tage fat. "Det ville være rart at vide, om det virker i andre solsystemer," sagde Macintosh.
Fordi JWST er så meget mere stabil end forventet, siger videnskabsmænd, at den burde være i stand til at fotografere mindre exoplaneter end forventet - måske så lille som en tredjedel af Jupiters masse. "Vi kunne forestille os ting som Neptun og Uranus, som vi aldrig direkte har afbildet før," sagde Emily Rickman, en astronom ved Space Telescope Science Institute i Maryland, som driver JWST.
Nu hvor JWSTs koronagraf har bestået sin vejtest, tror Hinkley, at astronomer vil stå i kø for at bruge den til at tage overjordiske billeder. Han forventer at se "afgjort snesevis" ved udgangen af teleskopets levetid. "Jeg håber, det er mere som hundredvis."
Kigger i fjerne himmelstrøg
Ud over exoplanetbilledet vil Hinkleys team i de kommende dage annoncere, at de har opdaget en række molekyler i atmosfæren af en formodet brun dværg - nogle gange kendt som en "mislykket stjerne" - der kredser om en ledsagerstjerne. Næsten 20 gange tungere end Jupiter, har objektet en masse lige under tærsklen, hvor fusion kunne begynde i sin kerne.
Ved hjælp af et instrument på JWST, der adskiller lysets frekvenser, en proces kaldet spektroskopi, fandt forskerne vand, metan, kuldioxid og natrium, alle afsløret på et hidtil uset detaljeringsniveau. De opdagede også røglignende skyer af silica i kandidatens brune dværgs atmosfære, noget antydet før i sådanne genstande, men aldrig etableret. "I mit sind er dette det største spektrum, der nogensinde er opnået af en substellar ledsager," sagde Hinkley. "Vi har aldrig set noget lignende."
Opdagelsen følger varmt på en meddelelse fra sidste uge, hvor et andet hold af astronomer rapporterede, at de har brugt JWST til at opdage kuldioxid i en kæmpe exoplanet kaldet WASP-39 b beliggende 650 lysår fra Jorden - første gang, gassen nogensinde er blevet set i en exoplanet. De opdagede også et mystisk molekyle i atmosfæren. Det samme hold studerer også yderligere to gigantiske verdener, med resultater, der forventes i de kommende måneder, som vil hjælpe med at sammensætte et næsten komplet billede af den atmosfæriske sammensætning af gasgiganter som disse. "Det er kraften i James Webb," sagde Jacob Bean, en astronom ved University of Chicago og holdets medleder.
Observationerne vil også opbygge en "kemisk opgørelse", der vil vise, hvad JWST kan opdage i himlen i mindre klippeverdener, der ligner Jorden, sagde teamleder Natalie Batalha, en astrofysiker ved Santa Cruz. Hun sagde, at holdet planlægger at "skubbe JWST til dets grænser" i deres kommende gasgigantobservationer, som vil "fortælle os, hvad vi kan gøre på jordiske planeter."
Andre hold udfører de første JWST-observationer af TRAPPIST-1, en relativt nærliggende rød dværgstjerne, der kredser om syv klippeverdener i jordstørrelse. Flere af disse planeter er i stjernens beboelige zone, hvor forhold, der favoriserer flydende vand og endda liv, kan være mulige. Mens JWST ikke direkte kan afbilde planeterne, vil spektroskopi hjælpe med at identificere gasserne i deres atmosfærer - muligvis endda antydninger af gasser, der kunne betyde biologisk aktivitet. "Det, vi virkelig ønsker, er Jorder," sagde Macintosh.
