Astronomii au dezvăluit prima fotografie a unei exoplanete realizată de telescopul spațial James Webb (JWST) de la NASA. Imaginea arată pata strălucitoare a unei lumi de șapte ori mai grea decât Jupiter, care orbitează în jurul unei stele la aproape 400 de ani lumină distanță. Rezultatul inovator este cel mai recent dintr-o serie de descoperiri timpurii de exoplanete de la telescop și un test de tehnologii care vor permite imagistica directă a planetelor asemănătoare Pământului de către viitoarele telescoape spațiale.
„Este entuziasmant”, a spus Aarynn Carter, astronom la Universitatea din California, Santa Cruz, și parte a echipei care a procesat imaginea. „Rezultatul este, sincer, excelent.”
JWST, un telescop decenii în devenire care a fost lansat în decembrie 2021 și acum plutește la un milion de mile de Pământ, a devenit complet operațional în această vară. A observat deja galaxii îndepărtate în zorii universului și a avut vederi minunate ale lui Jupiter, printre alte rezultate timpurii. Astronomii spun că telescopul are, de asemenea, performanțe de 10 ori mai bune decât se aștepta la observarea exoplanetelor.
Noua imagine, descrisă în o hârtie de însoțire postat online aseară, vine de la o echipă condus de astrofizician Sasha Hinkley la Universitatea din Exeter din Regatul Unit. Cercetătorii au îndreptat JWST spre steaua care se învârte rapid HIP 65426, unde se știa deja că există o planetă; instrumentul SPHERE de pe Very Large Telescope din Chile mai întâi fotografiat planeta în 2017. Echipa lui Hinkley a căutat să testeze și să caracterizeze capacitatea JWST de a vedea planeta, numită HIP 65426 b.
Astronomii au fotografiat în mod direct aproximativ două duzini de exoplanete, dar JWST va extinde foarte mult capacitatea prin mânuirea oglinzii sale hexagonale de 6.5 metri lățime, depășind orice observator de la sol. „Este un moment de promisiune”, a spus Bruce Macintosh, astrofizician și viitorul director al Observatoarelor Universității din California.
Tânăr uriaș fierbinte
Pentru a fotografia HIP 65426 b, JWST a blocat lumina stelei gazdă folosind o mască mică cunoscut sub numele de coronagraf. Aceasta a dezvăluit planeta care orbitează, care este de mii de ori mai slabă, ca „un licurici în jurul unui reflector”, a spus Hinkley.
HIP 65426 b orbitează de aproximativ 100 de ori mai departe de stea sa decât o face Pământul Soarelui, fiind nevoie de 630 de ani pentru a finaliza o orbită. Această distanță înseamnă că este mai ușor să vezi planeta împotriva strălucirii stelei; acest lucru, împreună cu căldura extremă a planetei și, prin urmare, cu luminozitatea - are o temperatură arzătoare de aproximativ 900 de grade Celsius, o febră rămasă de la formarea sa cu doar 14 milioane de ani în urmă - o face o țintă principală pentru imaginile directe. „Are o temperatură similară cu o flacără de lumânare”, a spus Beth Biller, un astronom de la Universitatea din Edinburgh care a condus echipa.
Dimensiunea și sensibilitatea lui JWST i-au permis să colecteze mai multă lumină de pe această planetă decât a obținut orice observator anterior. (Fotografia sa pare mai granuloasă decât cea a lui SPHERE doar pentru că JWST observă lungimi de undă mai lungi, în infraroșu.) Acest lucru i-a permis lui Hinkley, Biller și echipei lor să perfecționeze estimarea masei planetei, pe care o calculează la aproximativ șapte mase Jupiter, mai puțin decât estimarea SPHERE de aproximativ 10. Rezultatele lor ajută, de asemenea, să delimiteze raza planetei, care este de 1.4 ori mai mare decât a lui Jupiter. Modelele simple ale evoluției planetare nu pot explica cu ușurință combinația de proprietăți a acestei lumi; Carter a remarcat că noile date precise vor permite oamenilor de știință să testeze modele unul împotriva celuilalt și „să ne înăsprească înțelegerea”.
Caracteristicile suprafeței lui HIP 65426 b nu sunt vizibile în imagine, dar Biller a spus că va „proba probabil să arate cu benzi” precum Jupiter, cu centuri cauzate de variațiile de temperatură și compoziție și ar putea avea pete în atmosfera sa cauzate de furtuni sau vârtejuri.
Planeta gigantică este inospitalieră vieții așa cum o știm, dar reprezintă o clasă de planete mari despre care oamenii de știință sunt dornici să afle mai multe. Jupiter probabil a jucat un rol cheie în sculptarea sistemului nostru solar, permițând, probabil, vieții de pe Pământ să prindă. „Ar fi bine să știm dacă asta funcționează în alte sisteme solare”, a spus Macintosh.
Deoarece JWST este mult mai stabil decât se aștepta, oamenii de știință spun că ar trebui să poată fotografia exoplanete mai mici decât se anticipase - poate la fel de mici ca o treime din masa lui Jupiter. „Am putea să ne imaginăm lucruri precum Neptun și Uranus pe care nu le-am imaginat niciodată direct înainte”, a spus Emily Rickman, astronom la Institutul de Știință al Telescopului Spațial din Maryland, care operează JWST.
Acum că coronagraful JWST a trecut testul rutier, Hinkley crede că astronomii se vor alinia pentru a-l folosi pentru a face fotografii din altă lume. El se așteaptă să vadă „cu siguranță zeci” până la sfârșitul duratei de viață a telescopului. „Sper să fie mai mult ca sute.”
Privind în ceruri îndepărtate
Pe lângă fotografia cu exoplanetă, echipa lui Hinkley va anunța în zilele următoare că a descoperit o serie de molecule în atmosfera unei presupuse pitici maro – cunoscută uneori ca „stea eșuată” – care orbitează în jurul unei stele însoțitoare. De aproape 20 de ori mai greu decât Jupiter, obiectul are o masă chiar sub pragul unde ar putea începe fuziunea în miezul său.
Folosind un instrument de pe JWST care separa frecvențele luminii, un proces numit spectroscopie, oamenii de știință au descoperit apă, metan, dioxid de carbon și sodiu, toate dezvăluite la un nivel de detaliu fără precedent. Ei au detectat, de asemenea, nori de silice asemănătoare cu fumul în atmosfera candidatului pitic maro, ceva la care s-a făcut aluzie înainte în astfel de obiecte, dar nu a fost stabilit niciodată. „În mintea mea, acesta este cel mai mare spectru obținut vreodată de un însoțitor substelar”, a spus Hinkley. „Nu am văzut niciodată așa ceva.”
Descoperirea vine în urma unui anunț de săptămâna trecută, când o altă echipă de astronomi a raportat că au folosit JWST pentru a detectează dioxidul de carbon într-o exoplanetă gigantică numită WASP-39 b situată la 650 de ani lumină de Pământ - prima dată când gazul a fost văzut vreodată pe o exoplanetă. De asemenea, au observat o moleculă misterioasă în atmosferă. Aceeași echipă studiază, de asemenea, alte două lumi gigantice, cu rezultate așteptate în lunile următoare care vor ajuta la realizarea unei imagini aproape complete a compoziției atmosferice a giganților gazosi ca aceștia. „Aceasta este puterea lui James Webb”, a spus Jacob Bean, astronom la Universitatea din Chicago și co-liderul echipei.
Observațiile vor crea, de asemenea, un „inventar chimic” care va arăta ce ar putea detecta JWST pe cerul unor lumi stâncoase mai mici, mai asemănătoare cu Pământul, a spus liderul echipei. Natalie Batalha, un astrofizician la Santa Cruz. Ea a spus că echipa intenționează să „împingă JWST la limitele sale” în viitoarele lor observații pe giganți gazosi, care „ne vor spune ce putem face pe planetele terestre”.
Alte echipe efectuează primele observații JWST ale TRAPIST-1, o stea pitică roșie relativ apropiată, orbitată de șapte lumi stâncoase de dimensiunea Pământului. Mai multe dintre aceste planete se află în zona locuibilă a stelei, unde pot fi posibile condiții care favorizează apa lichidă și chiar viața. În timp ce JWST nu poate imaginea în mod direct planetele, spectroscopia va ajuta la identificarea gazelor din atmosfera lor - posibil chiar indicii de gaze care ar putea semnifica activitate biologică. „Ceea ce ne dorim cu adevărat este Pământul”, a spus Macintosh.
