Astronomen haben das erste Foto eines Exoplaneten enthüllt, das vom James Webb Space Telescope (JWST) der NASA aufgenommen wurde. Das Bild zeigt den hellen Fleck einer Welt, die siebenmal schwerer als Jupiter ist und einen fast 400 Lichtjahre entfernten Stern umkreist. Das bahnbrechende Ergebnis ist das Neueste aus einer Reihe früher Exoplaneten-Ergebnisse des Teleskops und ein Test von Technologien, die die direkte Abbildung erdähnlicher Planeten durch zukünftige Weltraumteleskope ermöglichen werden.
"Es ist berauschend", sagte Aaryn Carter, ein Astronom an der University of California, Santa Cruz, und Teil des Teams, das das Bild verarbeitet hat. „Das Ergebnis ist ehrlich gesagt ausgezeichnet.“
JWST, ein Teleskop Jahrzehnte in der Entstehung das im Dezember 2021 gestartet wurde und nun eine Million Meilen von der Erde entfernt schwebt, wurde diesen Sommer voll einsatzbereit. Es hat bereits ferne Galaxien zu Beginn des Universums beobachtet und exquisite Ansichten von Jupiter aufgenommen. neben anderen frühen Ergebnissen. Astronomen sagen, dass das Teleskop auch bei der Beobachtung von Exoplaneten zehnmal besser abschneidet als erwartet.
Das neue Bild, beschrieben in ein Begleitpapier Gestern Abend online gepostet, kommt von ein Team unter der Leitung des Astrophysikers Sascha Hinkley an der University of Exeter in Großbritannien. Die Forscher richteten JWST auf den sich schnell drehenden Stern HIP 65426, von dem bereits bekannt war, dass ein Planet existiert; zuerst das SPHERE-Instrument am Very Large Telescope in Chile fotografiert den Planeten im Jahr 2017. Hinkleys Team versuchte, die Fähigkeit von JWST zu testen und zu charakterisieren, den Planeten namens HIP 65426 b zu sehen.
Astronomen haben etwa zwei Dutzend Exoplaneten direkt abgebildet, aber JWST wird die Möglichkeiten erheblich erweitern, indem es seinen 6.5 Meter breiten sechseckigen Spiegel einsetzt und jedes bodengestützte Observatorium übertrifft. „Es ist ein Moment der Verheißung“, sagte er bruce macintosh, Astrophysiker und angehender Direktor der Observatorien der University of California.
Heißer junger Riese
Um HIP 65426 b zu fotografieren, blockierte JWST das Licht seines Wirtssterns mit eine kleine Maske als Koronograph bekannt. Dies enthüllte den umkreisenden Planeten, der tausendmal schwächer ist, wie „ein Glühwürmchen um einen Suchscheinwerfer“, sagte Hinkley.
HIP 65426 b umkreist seinen Stern etwa 100-mal weiter als die Erde um die Sonne und benötigt 630 Jahre für einen Umlauf. Diese Entfernung bedeutet, dass es einfacher ist, den Planeten im grellen Licht des Sterns zu sehen; Das, gepaart mit der extremen Hitze und damit der Helligkeit des Planeten – er hat eine sengende Temperatur von etwa 900 Grad Celsius, ein Fieber, das von seiner Entstehung vor nur 14 Millionen Jahren übrig geblieben ist – macht ihn zu einem Hauptziel für die direkte Bildgebung. "Es hat eine ähnliche Temperatur wie eine Kerzenflamme", sagte er Bett Biller, ein Astronom an der University of Edinburgh, der das Team mit leitete.
Die Größe und Empfindlichkeit von JWST ermöglichten es, mehr Licht von diesem Planeten zu sammeln, als jedes frühere Observatorium erhalten hat. (Sein Foto sieht nur deshalb körniger aus als das von SPHERE, weil JWST längere Infrarotwellenlängen beobachtet.) Dies ermöglichte es Hinkley, Biller und ihrem Team, die Schätzung der Masse des Planeten zu verfeinern, die sie auf etwa sieben Jupitermassen festmachen, weniger als die Schätzung von SPHERE von etwa 10 Ihre Ergebnisse helfen auch dabei, den Radius des Planeten festzulegen, der das 1.4-fache des Jupiters beträgt. Einfache Modelle der planetaren Evolution können die Kombination von Eigenschaften dieser Welt nicht leicht erklären; Carter bemerkte, dass die genauen neuen Daten es Wissenschaftlern ermöglichen würden, Modelle gegeneinander zu testen und „unser Verständnis zu vertiefen“.
Die Oberflächenmerkmale von HIP 65426 b sind auf dem Bild nicht sichtbar, aber Biller sagte, es würde „wahrscheinlich gebändert“ aussehen wie Jupiter, mit Gürteln, die durch Temperatur- und Zusammensetzungsschwankungen verursacht werden, und könnte Flecken in seiner Atmosphäre haben, die durch Stürme oder Wirbel verursacht werden.
Der Riesenplanet ist für das Leben, wie wir es kennen, unwirtlich, aber er repräsentiert eine Klasse großer Planeten, über die Wissenschaftler unbedingt mehr erfahren möchten. Wahrscheinlich Jupiter spielte eine Schlüsselrolle bei der Gestaltung unseres Sonnensystems, vielleicht um dem Leben auf der Erde zu ermöglichen, Fuß zu fassen. „Es wäre schön zu wissen, ob das in anderen Sonnensystemen funktioniert“, sagte Macintosh.
Da JWST so viel stabiler ist als erwartet, sagen Wissenschaftler, dass es in der Lage sein sollte, kleinere Exoplaneten als erwartet zu fotografieren – vielleicht so klein wie ein Drittel der Jupitermasse. „Wir könnten uns Dinge wie Neptun und Uranus vorstellen, die wir noch nie zuvor direkt abgebildet haben“, sagte er Emily Rickmann, ein Astronom am Space Telescope Science Institute in Maryland, das JWST betreibt.
Jetzt, da der Koronograph von JWST seinen Straßentest bestanden hat, glaubt Hinkley, dass Astronomen Schlange stehen werden, um damit jenseitige Fotos zu machen. Er rechnet damit, bis zum Ende der Lebensdauer des Teleskops „definitiv Dutzende“ zu sehen. „Ich hoffe, es sind eher Hunderte.“
Spähen in den fernen Himmel
Zusätzlich zu dem Exoplanetenfoto wird Hinkleys Team in den kommenden Tagen bekannt geben, dass sie eine Reihe von Molekülen in der Atmosphäre eines mutmaßlichen Braunen Zwergs – manchmal auch als „fehlgeschlagener Stern“ bekannt – entdeckt haben, der einen Begleitstern umkreist. Das Objekt ist fast 20 Mal schwerer als Jupiter und hat eine Masse knapp unterhalb der Schwelle, an der die Fusion in seinem Kern beginnen könnte.
Mit einem Instrument am JWST, das die Frequenzen des Lichts zerlegt, einem Prozess namens Spektroskopie, fanden die Wissenschaftler Wasser, Methan, Kohlendioxid und Natrium, die alle in einem beispiellosen Detailgrad sichtbar wurden. Sie entdeckten auch rauchartige Silikatwolken in der Atmosphäre des Braunen Zwergkandidaten, etwas, das zuvor bei solchen Objekten angedeutet, aber nie festgestellt wurde. „Meiner Meinung nach ist dies das größte Spektrum, das jemals von einem substellaren Begleiter erhalten wurde“, sagte Hinkley. „So etwas haben wir noch nie gesehen.“
Die Entdeckung folgt auf eine Ankündigung von letzter Woche, als ein anderes Team von Astronomen berichtete, dass sie JWST dazu verwendet haben Kohlendioxid erkennen in einem riesigen Exoplaneten namens WASP-39 b, der sich 650 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet – das erste Mal, dass das Gas jemals in einem Exoplaneten gesehen wurde. Sie entdeckten auch ein mysteriöses Molekül in der Atmosphäre. Das gleiche Team untersucht auch zwei weitere Riesenwelten, wobei in den kommenden Monaten Ergebnisse erwartet werden, die dazu beitragen werden, ein fast vollständiges Bild der atmosphärischen Zusammensetzung von Gasriesen wie diesen zusammenzusetzen. „Das ist die Macht von James Webb“, sagte er Jakob Bohne, ein Astronom an der University of Chicago und Co-Leiter des Teams.
Die Beobachtungen werden auch ein „chemisches Inventar“ aufbauen, das zeigen wird, was JWST am Himmel kleinerer felsiger Welten entdecken könnte, die der Erde ähnlicher sind, sagte der Teamleiter Natalie Batalha, ein Astrophysiker in Santa Cruz. Sie sagte, das Team plane, JWST bei seinen bevorstehenden Beobachtungen von Gasriesen „an seine Grenzen zu bringen“, die „uns sagen werden, was wir auf terrestrischen Planeten tun können“.
Andere Teams führen die ersten JWST-Beobachtungen durch TRAPPIST-1, ein relativ naher roter Zwergstern, der von sieben erdgroßen Felsenwelten umkreist wird. Mehrere dieser Planeten befinden sich in der bewohnbaren Zone des Sterns, wo Bedingungen möglich sind, die flüssiges Wasser und sogar Leben begünstigen. Während JWST die Planeten nicht direkt abbilden kann, hilft die Spektroskopie dabei, die Gase in ihrer Atmosphäre zu identifizieren – möglicherweise sogar Hinweise auf Gase, die auf biologische Aktivität hindeuten könnten. „Was wir wirklich wollen, sind Erden“, sagte Macintosh.
