Astronomen hebben de eerste foto onthuld van een exoplaneet gemaakt door NASA's James Webb Space Telescope (JWST). De afbeelding toont de heldere klodder van een wereld die zeven keer zwaarder is dan Jupiter en die om een ster draait op een afstand van bijna 400 lichtjaar. Het baanbrekende resultaat is het laatste in een hele reeks vroege bevindingen van exoplaneten van de telescoop, en een test van technologieën die directe beeldvorming van aardachtige planeten door toekomstige ruimtetelescopen mogelijk zullen maken.
"Het is opwindend," zei Aarynn Carter, een astronoom aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz, en een deel van het team dat de afbeelding heeft verwerkt. "Het resultaat is, eerlijk gezegd, uitstekend."
JWST, een telescoop decennia in de maak die in december 2021 werd gelanceerd en nu een miljoen mijl van de aarde drijft, werd deze zomer volledig operationeel. Het heeft reeds verre sterrenstelsels waargenomen bij het aanbreken van het heelal en prachtige opnamen van Jupiter gemaakt, onder andere vroege resultaten. Astronomen zeggen dat de telescoop ook 10 keer beter presteert dan verwacht bij het observeren van exoplaneten.
De nieuwe afbeelding, beschreven in een begeleidend document gisteravond online gezet, komt van een ploeg geleid door de astrofysicus Sasha Hinkley aan de Universiteit van Exeter in het Verenigd Koninkrijk. De onderzoekers wezen JWST op de snel draaiende ster HIP 65426, waarvan al bekend was dat er een planeet bestond; eerst het SPHERE-instrument op de Very Large Telescope in Chili gefotografeerd de planeet in 2017. Hinkley's team probeerde het vermogen van JWST om de planeet te zien, genaamd HIP 65426 b, te testen en te karakteriseren.
Astronomen hebben ongeveer twee dozijn exoplaneten rechtstreeks in beeld gebracht, maar JWST zal de capaciteit aanzienlijk uitbreiden door zijn 6.5 meter brede zeshoekige spiegel te gebruiken, waarmee hij elk observatorium op de grond overtreft. "Het is een moment van belofte," zei bruce macintosh, een astrofysicus en de nieuwe directeur van de University of California Observatories.
Hete jonge reus
Om HIP 65426 b te fotograferen, blokkeerde JWST het licht van zijn moederster met behulp van een klein masker bekend als een coronagraaf. Dit onthulde de in een baan om de aarde draaiende planeet, die duizenden keren zwakker is, als "een vuurvlieg rond een zoeklicht", zei Hinkley.
HIP 65426 b draait ongeveer 100 keer verder van zijn ster dan de aarde de zon, en doet er 630 jaar over om een baan te voltooien. Deze afstand betekent dat het gemakkelijker is om de planeet te zien tegen de schittering van de ster; dat, in combinatie met de extreme hitte en dus de helderheid van de planeet - het heeft een verzengende temperatuur van ongeveer 900 graden Celsius, een koorts die nog over is van zijn vorming slechts 14 miljoen jaar geleden - maakt het een belangrijk doelwit voor directe beeldvorming. "Het heeft een temperatuur vergelijkbaar met een kaarsvlam," zei Bert Biller, een astronoom aan de Universiteit van Edinburgh die het team leidde.
De grootte en gevoeligheid van JWST stelden het in staat meer licht van deze planeet te verzamelen dan enig eerder observatorium heeft verkregen. (De foto ziet er korreliger uit dan die van SPHERE, alleen omdat JWST langere, infrarode golflengten waarneemt.) Hierdoor konden Hinkley, Biller en hun team de schatting van de massa van de planeet verfijnen, die ze vastzetten op ongeveer zeven Jupiter-massa's, minder dan SPHERE's schatting van ongeveer 10 Hun resultaten helpen ook om de straal van de planeet vast te stellen, die 1.4 keer die van Jupiter is. Eenvoudige modellen van planetaire evolutie kunnen de combinatie van eigenschappen van deze wereld niet gemakkelijk verklaren; Carter merkte op dat de precieze nieuwe gegevens wetenschappers in staat zullen stellen om modellen tegen elkaar te testen en "ons begrip aan te scherpen".
De oppervlaktekenmerken van de HIP 65426 b zijn niet zichtbaar in de afbeelding, maar Biller zei dat het "waarschijnlijk gestreept" zou lijken zoals Jupiter, met gordels veroorzaakt door variaties in temperatuur en samenstelling, en mogelijk vlekken in de atmosfeer veroorzaakt door stormen of draaikolken.
De reuzenplaneet is onherbergzaam voor het leven zoals wij dat kennen, maar het vertegenwoordigt een klasse van grote planeten waar wetenschappers graag meer over willen leren. Jupiter waarschijnlijk speelde een sleutelrol bij het vormgeven van ons zonnestelsel, waardoor het leven op aarde misschien kan ontstaan. "Het zou leuk zijn om te weten of dat ook werkt in andere zonnestelsels," zei Macintosh.
Omdat JWST zoveel stabieler is dan verwacht, zeggen wetenschappers dat het kleinere exoplaneten zou moeten kunnen fotograferen dan verwacht - misschien wel zo klein als een derde van de massa van Jupiter. "We zouden ons dingen als Neptunus en Uranus kunnen voorstellen die we nog nooit eerder rechtstreeks in beeld hebben gebracht," zei Emily Rickman, een astronoom bij het Space Telescope Science Institute in Maryland, dat JWST exploiteert.
Nu de coronagraaf van JWST de test op de weg heeft doorstaan, denkt Hinkley dat astronomen in de rij zullen staan om hem te gebruiken om buitenaardse foto's te maken. Hij verwacht tegen het einde van de levensduur van de telescoop "zeker tientallen" te zien. "Ik hoop dat het er meer zijn dan honderden."
Gluren in de verre lucht
Naast de foto van de exoplaneet zal het team van Hinkley de komende dagen aankondigen dat ze een reeks moleculen hebben ontdekt in de atmosfeer van een vermoedelijke bruine dwerg - ook wel bekend als een "mislukte ster" - die rond een begeleidende ster draait. Bijna 20 keer zwaarder dan Jupiter, heeft het object een massa net onder de drempel waar fusie in de kern zou kunnen beginnen.
Met behulp van een instrument op JWST dat de frequenties van het licht uit elkaar haalt, een proces dat spectroscopie wordt genoemd, vonden de wetenschappers water, methaan, koolstofdioxide en natrium, allemaal onthuld op een ongekend detailniveau. Ze ontdekten ook rookachtige wolken silica in de atmosfeer van de kandidaat-bruine dwerg, iets wat eerder in dergelijke objecten werd gesuggereerd maar nooit is vastgesteld. "Naar mijn mening is dit het grootste spectrum dat ooit is verkregen van een substellaire metgezel", zei Hinkley. "Zoiets hebben we nog nooit gezien."
De ontdekking volgt op een aankondiging van vorige week, toen een ander team van astronomen meldde dat ze JWST hebben gebruikt om koolstofdioxide detecteren in een gigantische exoplaneet genaamd WASP-39 b op 650 lichtjaar van de aarde - de eerste keer dat het gas ooit in een exoplaneet is waargenomen. Ze zagen ook een mysterieus molecuul in de atmosfeer. Datzelfde team bestudeert ook nog twee reuzenwerelden, en de resultaten worden in de komende maanden verwacht die zullen helpen om een bijna volledig beeld te krijgen van de atmosferische samenstelling van gasreuzen zoals deze. "Dat is de kracht van James Webb," zei Jacob Boon, een astronoom aan de Universiteit van Chicago en de co-leider van het team.
De waarnemingen zullen ook een "chemische inventaris" opbouwen die zal laten zien wat JWST zou kunnen detecteren in de lucht van kleinere rotsachtige werelden die meer op de aarde lijken, zei teamleider Natalie Batalha, een astrofysicus in Santa Cruz. Ze zei dat het team van plan is om "JWST tot het uiterste te drijven" in hun aanstaande gasreusobservaties, die "ons zullen vertellen wat we kunnen doen op terrestrische planeten."
Andere teams voeren de eerste JWST-waarnemingen uit van: TRAPPIST-1, een relatief nabije rode dwergster die in een baan om zeven rotsachtige werelden ter grootte van de aarde draait. Verschillende van deze planeten bevinden zich in de bewoonbare zone van de ster, waar omstandigheden mogelijk zijn die vloeibaar water en zelfs leven mogelijk maken. Hoewel JWST de planeten niet direct in beeld kan brengen, zal spectroscopie helpen bij het identificeren van de gassen in hun atmosfeer - mogelijk zelfs hints van gassen die op biologische activiteit kunnen duiden. "Wat we echt willen is Earths", zei Macintosh.
