Astronomowie ujawnili pierwsze zdjęcie egzoplanety wykonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). Zdjęcie przedstawia jasną plamę świata siedem razy cięższego od Jowisza, który krąży wokół gwiazdy oddalonej o prawie 400 lat świetlnych. Przełomowy wynik jest najnowszym z mnóstwa wczesnych odkryć egzoplanet z teleskopu oraz testem technologii, które umożliwią bezpośrednie obrazowanie planet podobnych do Ziemi przez przyszłe teleskopy kosmiczne.
„To ekscytujące”, powiedział Aarynn Carter, astronom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz i część zespołu, który przetworzył zdjęcie. „Rezultat jest, szczerze mówiąc, doskonały”.
JWST, teleskop dziesiątki lat tworzenia wystrzelona w grudniu 2021 roku, a teraz unosi się milion mil od Ziemi, w pełni funkcjonowała latem tego roku. Już obserwował odległe galaktyki o świcie wszechświata i robił wspaniałe widoki Jowisza, wśród innych wczesnych wyników. Astronomowie twierdzą, że teleskop działa również 10 razy lepiej niż oczekiwano podczas obserwacji egzoplanet.
Nowy obraz, opisany w dokument towarzyszący zamieszczona w Internecie wczoraj wieczorem, pochodzi z drużyna prowadzony przez astrofizyka Sasza Hinkley na Uniwersytecie Exeter w Wielkiej Brytanii. Naukowcy wskazali JWST na szybko wirującą gwiazdę HIP 65426, gdzie planeta była już znana; najpierw instrument SPHERE na Bardzo Dużym Teleskopie w Chile sfotografowany planetę w 2017 roku. Zespół Hinkleya starał się przetestować i scharakteryzować zdolność JWST do widzenia planety, nazwaną HIP 65426 b.
Astronomowie bezpośrednio sfotografowali około dwóch tuzinów egzoplanet, ale JWST znacznie rozszerzy te możliwości, dzierżąc heksagonalne lustro o szerokości 6.5 metra, deklasując każde obserwatorium naziemne. „To chwila obietnicy”, powiedział Bruce'a Macintosha, astrofizyk i nowy dyrektor Obserwatorium Uniwersytetu Kalifornijskiego.
Gorący młody gigant
Aby sfotografować HIP 65426 b, JWST zablokował światło swojej gwiazdy macierzystej za pomocą mała maska znany jako koronograf. To ujawniło orbitującą planetę, która jest tysiące razy słabsza, jak „świetlik wokół reflektora” – powiedział Hinkley.
HIP 65426 b krąży około 100 razy dalej od swojej gwiazdy niż Ziemia od Słońca, a jej okrążenie zajmuje 630 lat. Ta odległość oznacza, że łatwiej jest zobaczyć planetę w blasku gwiazdy; to, w połączeniu z ekstremalnym ciepłem, a tym samym jasnością planety – ma upaloną temperaturę około 900 stopni Celsjusza, gorączkę pozostałą po jej powstaniu zaledwie 14 milionów lat temu – czyni ją głównym celem bezpośredniego obrazowania. „Ma temperaturę zbliżoną do płomienia świecy”, powiedział Beata Biller, astronom z Uniwersytetu w Edynburgu, który współkierował zespołem.
Rozmiar i czułość JWST umożliwiły zebranie większej ilości światła z tej planety, niż uzyskało jakiekolwiek wcześniejsze obserwatorium. (Jego zdjęcie wygląda bardziej ziarnisto niż SPHERE tylko dlatego, że JWST obserwuje dłuższe fale podczerwone.) To pozwoliło Hinkley, Biller i ich zespołowi udoskonalić oszacowanie masy planety, którą ustalają na około siedem mas Jowisza, mniej niż oszacowanie SPHERE na około 10 Ich wyniki pomagają również ustalić promień planety, który jest 1.4 razy większy od promienia Jowisza. Proste modele ewolucji planet nie mogą łatwo wyjaśnić kombinacji właściwości tego świata; Carter zauważył, że precyzyjne nowe dane pozwolą naukowcom testować modele względem siebie i „zaostrzyć nasze zrozumienie”.
Cechy powierzchni HIP 65426 b nie są widoczne na zdjęciu, ale Biller powiedział, że „prawdopodobnie wyglądałyby one jak pasy” jak Jowisz, z pasami spowodowanymi przez zmiany temperatury i składu, i może mieć plamy w swojej atmosferze spowodowane przez burze lub wiry.
Olbrzymia planeta jest niegościnna do życia, jakie znamy, ale reprezentuje klasę dużych planet, o których naukowcy chcą dowiedzieć się więcej. Jowisz prawdopodobnie odegrał kluczową rolę w rzeźbieniu naszego Układu Słonecznego, być może umożliwiając życie na Ziemi. „Byłoby miło wiedzieć, czy to działa w innych układach słonecznych” — powiedział Macintosh.
Ponieważ JWST jest o wiele bardziej stabilny niż oczekiwano, naukowcy twierdzą, że powinien być w stanie sfotografować mniejsze egzoplanety niż oczekiwano – być może tak małe, jak jedna trzecia masy Jowisza. „Możemy zobrazować rzeczy takie jak Neptun i Uran, których nigdy wcześniej nie wyobrażaliśmy sobie bezpośrednio” – powiedział Emily Rickmann, astronom z Space Telescope Science Institute w Maryland, który zarządza JWST.
Teraz, gdy koronograf JWST przeszedł pomyślnie test drogowy, Hinkley uważa, że astronomowie ustawią się w kolejce, aby użyć go do robienia nieziemskich zdjęć. Spodziewa się, że do końca życia teleskopu zobaczy „zdecydowanie dziesiątki”. „Mam nadzieję, że to więcej niż setki”.
Zerkanie w odległe niebo
Oprócz zdjęcia egzoplanety, zespół Hinkleya ogłosi w nadchodzących dniach, że odkrył szereg cząsteczek w atmosferze podejrzanego brązowego karła – czasami znanego jako „nieudana gwiazda” – krążącego wokół gwiazdy towarzyszącej. Obiekt prawie 20 razy cięższy od Jowisza, ma masę tuż poniżej progu, w którym może rozpocząć się fuzja w jądrze.
Korzystając z instrumentu na JWST, który wyodrębnia częstotliwości światła, w procesie zwanym spektroskopią, naukowcy odkryli wodę, metan, dwutlenek węgla i sód, wszystkie ujawnione na niespotykanym dotąd poziomie szczegółowości. Wykryli również podobne do dymu chmury krzemionki w atmosferze kandydata na brązowego karła, co było wcześniej sugerowane w takich obiektach, ale nigdy nie zostało ustalone. „Moim zdaniem jest to największe widmo, jakie kiedykolwiek uzyskano u podgwiezdnego towarzysza” — powiedział Hinkley. „Nigdy nie widzieliśmy czegoś takiego”.
Odkrycie nastąpiło po ogłoszeniu z zeszłego tygodnia, kiedy inny zespół astronomów poinformował, że wykorzystał JWST do wykryć dwutlenek węgla w gigantycznej egzoplanecie zwanej WASP-39 b znajdującej się 650 lat świetlnych od Ziemi — pierwszy raz, kiedy gaz został zaobserwowany na egzoplanecie. Zauważyli również tajemniczą cząsteczkę w atmosferze. Ten sam zespół bada również dwa kolejne gigantyczne światy, a wyniki spodziewane są w nadchodzących miesiącach, które pomogą złożyć prawie pełny obraz składu atmosferycznego gazowych gigantów takich jak te. „Na tym polega moc Jamesa Webba”, powiedział Jakub Fasola, astronom z Uniwersytetu w Chicago i współkierownik zespołu.
Obserwacje stworzą również „inwentarz chemiczny”, który pokaże, co JWST może wykryć na niebie mniejszych skalistych światów, bardziej podobnych do Ziemi, powiedział kierownik zespołu Natalia Batalha, astrofizyk w Santa Cruz. Powiedziała, że zespół planuje „przesunąć JWST do granic możliwości” w nadchodzących obserwacjach gazowych gigantów, które „powiedzą nam, co możemy zrobić na planetach ziemskich”.
Inne zespoły prowadzą pierwsze obserwacje JWST PUŁAPAK-1, stosunkowo bliski czerwony karzeł krążący wokół siedmiu skalistych światów wielkości Ziemi. Kilka z tych planet znajduje się w strefie nadającej się do zamieszkania gwiazdy, gdzie możliwe są warunki sprzyjające wodzie w stanie ciekłym, a nawet życiu. Chociaż JWST nie może bezpośrednio zobrazować planet, spektroskopia pomoże zidentyfikować gazy w ich atmosferach – być może nawet ślady gazów, które mogą oznaczać aktywność biologiczną. „To, czego naprawdę chcemy, to Ziemie” — powiedział Macintosh.
