Astronomer har avslöjat det första fotografiet av en exoplanet taget av NASA:s James Webb Space Telescope (JWST). Bilden visar den ljusa klumpen av en värld sju gånger tyngre än Jupiter som kretsar runt en stjärna nästan 400 ljusår bort. Det banbrytande resultatet är det senaste i en rad tidiga exoplanetfynd från teleskopet, och ett test av teknologier som kommer att möjliggöra direkt avbildning av jordliknande planeter med framtida rymdteleskop.
"Det är spännande," sa Aarynn Carter, en astronom vid University of California, Santa Cruz, och en del av teamet som bearbetade bilden. "Resultatet är, ärligt talat, utmärkt."
JWST, ett teleskop årtionden på väg som sjösattes i december 2021 och nu flyter en miljon mil från jorden, blev fullt operativ i somras. Redan har den observerat avlägsna galaxer i universums gryning och tagit utsökta vyer av Jupiter, bland andra tidiga resultat. Astronomer säger att teleskopet också presterar 10 gånger bättre än förväntat när det gäller att observera exoplaneter.
Den nya bilden, beskriven i ett medföljande papper lades ut på nätet i går kväll, kommer från ett lag ledd av astrofysikern Sasha Hinkley vid University of Exeter i Storbritannien. Forskarna pekade JWST på den snabbt snurrande stjärnan HIP 65426, där det redan var känt att en planet fanns; SPHERE-instrumentet på Very Large Telescope i Chile först fotograferade planeten 2017. Hinkleys team försökte testa och karakterisera JWST:s förmåga att se planeten, kallad HIP 65426 b.
Astronomer har direkt avbildat ungefär två dussin exoplaneter, men JWST kommer att utöka kapaciteten avsevärt genom att använda sin 6.5 meter breda hexagonala spegel, vilket utklassar alla markbaserade observatorier. "Det är ett löftesögonblick", sa Bruce Macintosh, en astrofysiker och den tillträdande chefen för University of California Observatories.
Het ung jätte
För att fotografera HIP 65426 b blockerade JWST ljuset från sin värdstjärna med hjälp av en liten mask känd som en koronagraf. Detta avslöjade den kretsande planeten, som är tusentals gånger svagare, som "en eldfluga runt en strålkastare", sa Hinkley.
HIP 65426 b kretsar ungefär 100 gånger längre från sin stjärna än jorden gör solen, och det tar 630 år att fullborda en bana. Detta avstånd innebär att det är lättare att se planeten mot stjärnans bländning; det, i kombination med planetens extrema värme och därmed ljusstyrka - den har en brännande temperatur på cirka 900 grader Celsius, en feber kvar från dess bildande för bara 14 miljoner år sedan - gör den till ett främsta mål för direkt avbildning. "Den har en temperatur som liknar en ljus låga," sa Beth Biller, en astronom vid University of Edinburgh som ledde teamet.
JWST:s storlek och känslighet gjorde det möjligt för den att samla in mer ljus från denna planet än något tidigare observatorium har erhållit. (Dess foto ser kornigare ut än SPHEREs bara för att JWST observerar längre, infraröda våglängder.) Detta gjorde det möjligt för Hinkley, Biller och deras team att förfina uppskattningen av planetens massa, som de fäster vid cirka sju Jupitermassor, mindre än SPHEREs uppskattning på cirka 10 Deras resultat hjälper också till att spika ner planetens radie, vilket är 1.4 gånger Jupiters. Enkla modeller av planetarisk evolution kan inte lätt förklara denna världs kombination av egenskaper; Carter noterade att de exakta nya uppgifterna kommer att göra det möjligt för forskare att testa modeller mot varandra och "stärka vår förståelse."
HIP 65426 b:s ytegenskaper är inte synliga på bilden, men Biller sa att den "förmodligen skulle se bandad ut" som Jupiter, med bälten orsakade av variationer i temperatur och sammansättning, och kan ha fläckar i atmosfären orsakade av stormar eller virvlar.
Jätteplaneten är ogästvänlig mot liv som vi känner den, men den representerar en klass av stora planeter som forskare är ivriga att lära sig mer om. Jupiter förmodligen spelade en nyckelroll i att skulptera vårt solsystem, kanske göra det möjligt för livet på jorden att få fäste. "Det skulle vara trevligt att veta om det fungerar i andra solsystem," sa Macintosh.
Eftersom JWST är så mycket stabilare än förväntat, säger forskare att det borde kunna fotografera mindre exoplaneter än väntat - kanske så liten som en tredjedel av Jupiters massa. "Vi kunde avbilda saker som Neptunus och Uranus som vi aldrig direkt har avbildat tidigare," sa Emily Rickman, en astronom vid Space Telescope Science Institute i Maryland, som driver JWST.
Nu när JWST:s koronagraf har klarat sitt vägtest, tror Hinkley att astronomer kommer att stå i kö för att använda den för att ta bilder från andra världar. Han förväntar sig att se "definitivt dussintals" i slutet av teleskopets livstid. "Jag hoppas att det är mer som hundratals."
Kikar i fjärran himmel
Förutom exoplanetfotot kommer Hinkleys team att meddela under de kommande dagarna att de har upptäckt en rad molekyler i atmosfären av en misstänkt brun dvärg - ibland känd som en "misslyckad stjärna" - som kretsar kring en följeslagningsstjärna. Nästan 20 gånger tyngre än Jupiter, har föremålet en massa strax under tröskeln där fusion kan börja i dess kärna.
Med hjälp av ett instrument på JWST som plockar isär ljusets frekvenser, en process som kallas spektroskopi, fann forskarna vatten, metan, koldioxid och natrium, allt avslöjat på en aldrig tidigare skådad detaljnivå. De upptäckte också rökliknande moln av kiseldioxid i den bruna dvärgens atmosfär, något som antytts tidigare i sådana föremål men som aldrig fastställts. "I mina tankar är detta det största spektrum som någonsin erhållits av en substellär följeslagare," sa Hinkley. "Vi har aldrig sett något liknande."
Upptäckten följer hett på ett tillkännagivande från förra veckan, när ett annat team av astronomer rapporterade att de har använt JWST för att upptäcka koldioxid i en gigantisk exoplanet som heter WASP-39 b som ligger 650 ljusår från jorden - första gången gasen någonsin har setts på en exoplanet. De såg också en mystisk molekyl i atmosfären. Samma lag studerar också ytterligare två gigantiska världar, med resultat som förväntas under de kommande månaderna som kommer att hjälpa till att få ihop en nästan komplett bild av den atmosfäriska sammansättningen av gasjättar som dessa. "Det är kraften i James Webb," sa Jacob Bean, en astronom vid University of Chicago och lagets medledare.
Observationerna kommer också att bygga upp en "kemisk inventering" som kommer att visa vad JWST kan upptäcka i himlen i mindre steniga världar mer lik jorden, sade teamledaren Natalie Batalha, en astrofysiker vid Santa Cruz. Hon sa att laget planerar att "driva JWST till dess gränser" i sina kommande gasjätteobservationer, som kommer att "berätta för oss vad vi kan göra på jordiska planeter."
Andra team genomför de första JWST-observationerna av TRAPPIST-1, en relativt närliggande röd dvärgstjärna som kretsar kring sju steniga världar i jordstorlek. Flera av dessa planeter finns i stjärnans beboeliga zon, där förhållanden som gynnar flytande vatten och till och med liv kan vara möjliga. Medan JWST inte direkt kan avbilda planeterna, kommer spektroskopi att hjälpa till att identifiera gaserna i deras atmosfärer - möjligen till och med antydningar om gaser som kan betyda biologisk aktivitet. "Vad vi verkligen vill ha är jordar," sa Macintosh.
