Astronomer har avslørt det første fotografiet av en eksoplanet tatt av NASAs James Webb Space Telescope (JWST). Bildet viser den lyse klatten av en verden syv ganger tyngre enn Jupiter som kretser rundt en stjerne nesten 400 lysår unna. Det banebrytende resultatet er det siste i en rekke tidlige eksoplanetfunn fra teleskopet, og en test av teknologier som vil muliggjøre direkte avbildning av jordlignende planeter med fremtidige romteleskoper.
"Det er spennende," sa Aarynn Carter, en astronom ved University of California, Santa Cruz, og en del av teamet som behandlet bildet. "Resultatet er, ærlig talt, utmerket."
JWST, et teleskop tiår underveis som ble lansert i desember 2021 og nå flyter en million miles fra jorden, ble fullt operativ denne sommeren. Allerede har den observert fjerne galakser ved universets morgen og tatt utsøkt utsikt over Jupiter, blant andre tidlige resultater. Astronomer sier at teleskopet også yter 10 ganger bedre enn forventet når det gjelder å observere eksoplaneter.
Det nye bildet, beskrevet i et medfølgende papir lagt ut på nett i går kveld, kommer fra et lag ledet av astrofysikeren Sasha Hinkley ved University of Exeter i Storbritannia. Forskerne pekte JWST på den hurtigsnurrende stjernen HIP 65426, hvor det allerede var kjent at en planet eksisterte; SPHERE-instrumentet på Very Large Telescope i Chile først fotografert planeten i 2017. Hinkleys team forsøkte å teste og karakterisere JWSTs evne til å se planeten, kalt HIP 65426 b.
Astronomer har direkte avbildet omtrent to dusin eksoplaneter, men JWST vil utvide muligheten kraftig ved å bruke sitt 6.5 meter brede sekskantede speil, og utklasser ethvert bakkebasert observatorium. "Det er et løftes øyeblikk," sa Bruce Macintosh, en astrofysiker og den påtroppende direktøren for University of California Observatories.
Hot Young Giant
For å fotografere HIP 65426 b blokkerte JWST lyset til vertsstjernen ved hjelp av en liten maske kjent som en koronagraf. Dette avslørte den kretsende planeten, som er tusenvis av ganger svakere, som "en ildflue rundt et søkelys," sa Hinkley.
HIP 65426 b kretser omtrent 100 ganger lenger fra sin stjerne enn Jorden gjør solen, og det tar 630 år å fullføre en bane. Denne avstanden betyr at det er lettere å se planeten mot gjenskinnet fra stjernen; det, kombinert med planetens ekstreme varme og dermed lysstyrke - den har en brennende temperatur på rundt 900 grader Celsius, en feber som er igjen etter dannelsen for bare 14 millioner år siden - gjør den til et hovedmål for direkte avbildning. "Den har en temperatur som ligner på en stearinlysflamme," sa Beth Biller, en astronom ved University of Edinburgh som ledet teamet.
JWSTs størrelse og følsomhet gjorde det mulig for den å samle mer lys fra denne planeten enn noe tidligere observatorium har oppnådd. (Bildet ser kornetere ut enn SPHEREs bare fordi JWST observerer lengre, infrarøde bølgelengder.) Dette tillot Hinkley, Biller og teamet deres å avgrense estimatet av planetens masse, som de fester til rundt syv Jupiter-masser, mindre enn SPHEREs estimat på rundt 10 Resultatene deres hjelper også med å spikre planetens radius, som er 1.4 ganger større enn Jupiter. Enkle modeller av planetarisk evolusjon kan ikke enkelt forklare denne verdens kombinasjon av egenskaper; Carter bemerket at de nøyaktige nye dataene vil tillate forskere å teste modeller mot hverandre og "stramme forståelsen vår."
HIP 65426 bs overflatefunksjoner er ikke synlige på bildet, men Biller sa at den "sannsynligvis ville se båndet ut" som Jupiter, med belter forårsaket av variasjoner i temperatur og sammensetning, og kan ha flekker i atmosfæren forårsaket av stormer eller virvler.
Den gigantiske planeten er ugjestmild for liv slik vi kjenner den, men den representerer en klasse med store planeter som forskerne er ivrige etter å lære mer om. Jupiter sannsynligvis spilte en nøkkelrolle i å skulpturere vårt solsystem, kanskje slik at livet på jorden kan ta tak. "Det ville vært fint å vite om det fungerer i andre solsystemer," sa Macintosh.
Fordi JWST er så mye mer stabil enn forventet, sier forskere at den burde være i stand til å fotografere mindre eksoplaneter enn forventet - kanskje så liten som en tredjedel av Jupiters masse. "Vi kunne avbilde ting som Neptun og Uranus som vi aldri direkte har avbildet før," sa Emily Rickman, en astronom ved Space Telescope Science Institute i Maryland, som driver JWST.
Nå som JWSTs koronagraf har bestått veitesten, tror Hinkley at astronomer vil stå i kø for å bruke den til å ta bilder fra andre verden. Han forventer å se «definitivt dusinvis» ved slutten av teleskopets levetid. "Jeg håper det er mer som hundrevis."
Kikker i fjerne himmel
I tillegg til eksoplanetbildet, vil Hinkleys team i løpet av de kommende dagene kunngjøre at de har oppdaget en rekke molekyler i atmosfæren til en mistenkt brun dverg - noen ganger kjent som en "mislykket stjerne" - som går i bane rundt en ledsagerstjerne. Nesten 20 ganger tyngre enn Jupiter, har objektet en masse rett under terskelen der fusjon kan begynne i kjernen.
Ved å bruke et instrument på JWST som skiller fra lysets frekvenser, en prosess kalt spektroskopi, fant forskerne vann, metan, karbondioksid og natrium, alt avslørt på et enestående detaljnivå. De oppdaget også røyklignende skyer av silika i den brune kandidatens atmosfære, noe antydet tidligere i slike gjenstander, men som aldri ble etablert. "I mitt sinn er dette det største spekteret som noen gang er oppnådd av en substellar følgesvenn," sa Hinkley. – Vi har aldri sett noe lignende.
Oppdagelsen følger varmt på en kunngjøring fra forrige uke, da et annet team av astronomer rapporterte at de har brukt JWST til å oppdage karbondioksid i en gigantisk eksoplanet kalt WASP-39 b som ligger 650 lysår fra Jorden - første gang gassen noen gang har blitt sett på en eksoplanet. De oppdaget også et mystisk molekyl i atmosfæren. Det samme teamet studerer også ytterligere to gigantiske verdener, med resultater som forventes i løpet av de kommende månedene som vil bidra til å sette sammen et nesten fullstendig bilde av den atmosfæriske sammensetningen av gassgiganter som disse. "Det er kraften til James Webb," sa Jacob Bean, en astronom ved University of Chicago og teamets medleder.
Observasjonene vil også bygge opp et "kjemisk inventar" som vil vise hva JWST kan oppdage i himmelen til mindre steinete verdener mer lik jorden, sa teamleder Natalie Batalha, en astrofysiker ved Santa Cruz. Hun sa at teamet planlegger å "presse JWST til sine grenser" i sine kommende gassgigantobservasjoner, som vil "fortelle oss hva vi kan gjøre på jordiske planeter."
Andre team gjennomfører de første JWST-observasjonene av Trappist-1, en relativt nærliggende rød dvergstjerne som går i bane rundt syv steinete verdener på jordstørrelse. Flere av disse planetene er i stjernens beboelige sone, der forhold som favoriserer flytende vann og til og med liv kan være mulig. Mens JWST ikke kan avbilde planetene direkte, vil spektroskopi bidra til å identifisere gassene i deres atmosfærer - muligens til og med hint av gasser som kan bety biologisk aktivitet. "Det vi virkelig ønsker er jorder," sa Macintosh.
