Астрономы показали первую фотографию экзопланеты, сделанную космическим телескопом НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST). На изображении показана яркая капля планеты, которая в семь раз тяжелее Юпитера и вращается вокруг звезды на расстоянии почти 400 световых лет от нас. Новаторский результат является последним из множества ранних открытий экзопланет с помощью телескопа и проверкой технологий, которые позволят напрямую получать изображения планет, похожих на Землю, с помощью будущих космических телескопов.
«Это волнует, — сказал Ааринн Картер, астроном из Калифорнийского университета в Санта-Круз и член команды, обработавшей изображение. «Результат, честно говоря, отличный».
JWST, телескоп десятилетия в процессе создания который был запущен в декабре 2021 года и сейчас парит в миллионе миль от Земли, заработал этим летом. Он уже наблюдал далекие галактики на заре Вселенной и делал прекрасные снимки Юпитера. среди других ранних результатов. Астрономы говорят, что телескоп также работает в 10 раз лучше, чем ожидалось, при наблюдении за экзопланетами.
Новый образ, описанный в сопроводительный документ опубликовано в сети прошлой ночью, взято из команда во главе с астрофизиком Саша Хинкли в Эксетерском университете в Великобритании. Исследователи указали JWST на быстро вращающуюся звезду HIP 65426, о существовании которой уже было известно; инструмент СФЕРА на Очень Большом Телескопе в Чили впервые сфотографированы планету в 2017 году. Команда Хинкли стремилась проверить и охарактеризовать способность JWST видеть планету, названную HIP 65426 b.
Астрономы получили непосредственное изображение около двух десятков экзопланет, но JWST значительно расширит возможности, используя свое шестиугольное зеркало шириной 6.5 метра, превосходящее любую наземную обсерваторию. «Это момент обещания», — сказал Брюс Макинтош, астрофизик и будущий директор обсерваторий Калифорнийского университета.
Горячий молодой гигант
Чтобы сфотографировать HIP 65426 b, JWST заблокировал свет своей родительской звезды, используя маленькая маска известный как коронограф. Это позволило обнаружить вращающуюся планету, которая в тысячи раз слабее, как «светлячок вокруг прожектора», — сказал Хинкли.
HIP 65426 b вращается примерно в 100 раз дальше от своей звезды, чем Земля вокруг Солнца, и совершает полный оборот за 630 лет. Это расстояние означает, что планету легче увидеть на фоне яркого света звезды; это, в сочетании с чрезвычайно высокой температурой планеты и, следовательно, яркостью — у нее палящая температура около 900 градусов по Цельсию, лихорадка, оставшаяся от ее образования всего 14 миллионов лет назад — делает ее главной целью для прямых изображений. «У него температура, подобная пламени свечи», — сказал он. Бет Биллер, астроном из Эдинбургского университета, один из руководителей команды.
Размер и чувствительность JWST позволили ей собрать больше света с этой планеты, чем любая предыдущая обсерватория. (Его фотография выглядит более зернистой, чем у SPHERE, только потому, что JWST наблюдает более длинные инфракрасные волны.) Это позволило Хинкли, Биллеру и их команде уточнить оценку массы планеты, которая, по их оценкам, составляет около семи масс Юпитера, что меньше, чем оценка SPHERE примерно в 10 раз. Их результаты также помогают определить радиус планеты, который в 1.4 раза больше радиуса Юпитера. Простые модели планетарной эволюции не могут легко объяснить сочетание свойств этого мира; Картер отметил, что новые точные данные позволят ученым сравнивать модели друг с другом и «улучшить наше понимание».
Элементы поверхности HIP 65426 b не видны на изображении, но Биллер сказал, что он «вероятно будет выглядеть полосатым», как Юпитер, с поясами, вызванными изменениями температуры и состава, и могут иметь пятна в его атмосфере, вызванные штормами или вихрями.
Планета-гигант непригодна для жизни, какой мы ее знаем, но она представляет собой класс больших планет, о которых ученые хотят узнать больше. Юпитер наверное сыграл ключевую роль в скульптуре нашей Солнечной системы, возможно, позволяя жизни на Земле закрепиться. «Было бы неплохо узнать, работает ли это в других солнечных системах», — сказал Макинтош.
Поскольку JWST намного более стабилен, чем ожидалось, ученые говорят, что он должен быть в состоянии фотографировать меньшие экзопланеты, чем ожидалось, — возможно, всего лишь треть массы Юпитера. «Мы могли бы изобразить такие вещи, как Нептун и Уран, которые никогда раньше не отображали напрямую», — сказал он. Эмили Рикман, астроном из Научного института космического телескопа в Мэриленде, который управляет JWST.
Теперь, когда коронограф JWST прошел дорожные испытания, Хинкли считает, что астрономы выстроятся в очередь, чтобы использовать его для съемки потусторонних фотографий. Он ожидает увидеть «определенно десятки» к концу срока службы телескопа. «Надеюсь, их больше сотни».
Глядя в далекие небеса
В дополнение к фотографии экзопланеты команда Хинкли объявит в ближайшие дни, что они обнаружили массив молекул в атмосфере предположительного коричневого карлика, иногда известного как «неудавшаяся звезда», вращающегося вокруг звезды-компаньона. Почти в 20 раз тяжелее Юпитера, объект имеет массу чуть ниже порога, при котором в его ядре мог начаться синтез.
Используя инструмент на JWST, который различает частоты света, процесс, называемый спектроскопией, ученые обнаружили воду, метан, углекислый газ и натрий с беспрецедентным уровнем детализации. Они также обнаружили дымообразные облака кремнезема в атмосфере кандидата в коричневые карлики, на что намекали раньше в таких объектах, но так и не установили. «На мой взгляд, это самый большой спектр, когда-либо полученный от подзвездного компаньона», — сказал Хинкли. «Мы никогда не видели ничего подобного».
Открытие последовало за заявлением, сделанным на прошлой неделе, когда другая группа астрономов сообщила, что они использовали JWST для обнаружить углекислый газ на гигантской экзопланете под названием WASP-39 b, расположенной в 650 световых годах от Земли — газ впервые был замечен на экзопланете. Они также заметили загадочную молекулу в атмосфере. Эта же команда также изучает еще два гигантских мира, и в ближайшие месяцы ожидаются результаты, которые помогут собрать воедино почти полную картину состава атмосферы таких газовых гигантов. «В этом сила Джеймса Уэбба, — сказал Джейкоб Бин, астроном из Чикагского университета и соруководитель команды.
Наблюдения также создадут «химическую инвентаризацию», которая покажет, что JWST может обнаружить в небе небольших скалистых миров, более похожих на Землю, сказал руководитель группы. Натали Баталья, астрофизик из Санта-Крус. Она сказала, что команда планирует «довести JWST до предела» в своих предстоящих наблюдениях за газовыми гигантами, которые «скажут нам, что мы можем делать на планетах земной группы».
Другие команды проводят первые наблюдения JWST за ТРАППИСТ-1, относительно близкая красная карликовая звезда, вокруг которой вращаются семь скалистых миров размером с Землю. Некоторые из этих планет находятся в обитаемой зоне звезды, где возможны условия, благоприятствующие жидкой воде и даже жизни. Хотя JWST не может напрямую отображать планеты, спектроскопия поможет идентифицировать газы в их атмосферах — возможно, даже намеки на газы, которые могут указывать на биологическую активность. «Чего мы действительно хотим, так это Земли», — сказал Макинтош.
