Астрономи показали першу фотографію екзопланети, зроблену космічним телескопом Джеймса Вебба (JWST) НАСА. На зображенні видно яскраву краплю світу, що в сім разів важчий за Юпітер, який обертається навколо зірки, що знаходиться на відстані майже 400 світлових років від нас. Інноваційний результат є останнім із низки ранніх знахідок екзопланет за допомогою телескопа та випробуванням технологій, які дозволять отримати пряме зображення планет, схожих на Землю, майбутніми космічними телескопами.
«Це надихає, — сказав Аринн Картер, астроном з Каліфорнійського університету в Санта-Крузі та член команди, яка обробила зображення. «Результат, чесно кажучи, чудовий».
JWST, телескоп десятиліттями в процесі становлення який був запущений у грудні 2021 року і зараз плаває за мільйон миль від Землі, почав повністю працювати цього літа. Він уже спостерігав за далекими галактиками на зорі Всесвіту та зробив чудові види Юпітера, серед інших перших результатів. Астрономи кажуть, що телескоп також працює в 10 разів краще, ніж очікувалося, при спостереженні екзопланет.
Новий образ, описаний в супровідний папір опубліковано вчора ввечері, походить з команда на чолі з астрофіз Саша Хінклі в Університеті Ексетера у Великобританії. Дослідники направили JWST на швидко обертову зірку HIP 65426, де вже було відомо про існування планети; перший інструмент SPHERE на Дуже Великому Телескопі в Чилі сфотографували планету в 2017 році. Команда Хінклі намагалася перевірити та охарактеризувати здатність JWST бачити планету під назвою HIP 65426 b.
Астрономи безпосередньо сфотографували близько двох десятків екзопланет, але JWST значно розширить можливості за допомогою свого шестикутного дзеркала шириною 6.5 метрів, яке перевершить будь-яку наземну обсерваторію. "Це момент обіцянки", - сказав Брюс Макінтош, астрофізик і майбутній директор обсерваторій Каліфорнійського університету.
Гарячий молодий гігант
Щоб сфотографувати HIP 65426 b, JWST заблокував світло головної зірки за допомогою маленька маска відомий як коронограф. Це показало орбіту планети, яка в тисячі разів слабша, як «світлячок навколо прожектора», — сказав Хінклі.
HIP 65426 b обертається приблизно в 100 разів далі від своєї зірки, ніж Земля навколо Сонця, тому для завершення орбіти потрібно 630 років. Ця відстань означає, що планету легше побачити на тлі яскравого світла зірки; це, у поєднанні з екстремальною теплотою планети і, отже, яскравістю — вона має палку температуру близько 900 градусів за Цельсієм, лихоманка, що залишилася від її формування лише 14 мільйонів років тому — робить її головною мішенню для прямих зображень. «Він має температуру, подібну до полум’я свічки», – сказав Бет Біллер, астроном з Единбурзького університету, один із керівників команди.
Розмір і чутливість JWST дозволили йому зібрати більше світла з цієї планети, ніж будь-яка попередня обсерваторія. (Це фото виглядає більш зернистим, ніж фото SPHERE, лише тому, що JWST спостерігає за більшою інфрачервоною довжиною хвилі.) Це дозволило Хінклі, Біллеру та їхній команді уточнити оцінку маси планети, яку вони прив’язують до приблизно семи мас Юпітера, що менше, ніж оцінка SPHERE приблизно в 10. Їхні результати також допомагають визначити радіус планети, який у 1.4 рази перевищує радіус Юпітера. Прості моделі планетарної еволюції не можуть легко пояснити поєднання властивостей цього світу; Картер зазначив, що нові точні дані дозволять вченим перевірити моделі одна на одну і «поглибити наше розуміння».
Особливості поверхні HIP 65426 b не видно на зображенні, але Біллер сказав, що він, ймовірно, виглядатиме смугастим, як Юпітер, з поясами, спричиненими коливаннями температури та складу, і може мати плями в атмосфері, спричинені штормами чи вихорами.
Гігантська планета непривітна для життя, як ми її знаємо, але вона представляє клас великих планет, про які вчені прагнуть дізнатися більше. Ймовірно Юпітер зіграли ключову роль у створенні нашої Сонячної системи, можливо, сприяючи закріпленню життя на Землі. «Було б добре знати, чи це працює в інших сонячних системах», — сказав Макінтош.
Оскільки JWST набагато стабільніший, ніж очікувалося, вчені кажуть, що він зможе сфотографувати менші екзопланети, ніж очікувалося, — можливо, розміром у третину маси Юпітера. «Ми могли б зобразити такі речі, як Нептун і Уран, які ми ніколи раніше безпосередньо не знімали», — сказав Емілі Рікман, астроном Наукового інституту космічного телескопа в Меріленді, який керує JWST.
Тепер, коли коронограф JWST пройшов дорожні випробування, Хінклі вважає, що астрономи вишикуються в чергу, щоб використовувати його для фотографій з потойбічного світу. Він очікує побачити «безумовно десятки» до кінця терміну служби телескопа. «Я сподіваюся, що це більше сотень».
Заглядаючи в далекі небеса
На додаток до фотографії екзопланети, команда Хінклі оголосить найближчими днями, що вони виявили масив молекул в атмосфері ймовірного коричневого карлика — іноді відомого як «зірка-невдаха» — що обертається навколо зірки-компаньйона. Майже в 20 разів важчий за Юпітер, об’єкт має масу трохи нижче порогу, коли в його ядрі може початися термоядерний синтез.
Використовуючи інструмент на JWST, який розрізняє частоти світла, процес, званий спектроскопією, вчені знайшли воду, метан, вуглекислий газ і натрій, усі виявлені з безпрецедентним рівнем деталізації. Вони також виявили димоподібні хмари кремнезему в атмосфері кандидата на коричневого карлика, про що раніше натякали в таких об’єктах, але ніколи не було встановлено. «На мій погляд, це найбільший спектр, який будь-коли отримував субзоряний супутник», — сказав Хінклі. «Ми ніколи не бачили нічого подібного».
Відкриття сталося після повідомлення минулого тижня, коли інша команда астрономів повідомила, що вони використовували JWST для виявити вуглекислий газ на гігантській екзопланеті під назвою WASP-39 b, розташованій на відстані 650 світлових років від Землі — це перший раз, коли газ було помічено на екзопланеті. Вони також помітили загадкову молекулу в атмосфері. Ця ж команда також вивчає ще два гігантські світи, і в найближчі місяці очікуються результати, які допоможуть скласти майже повну картину складу атмосфери таких газових гігантів, як ці. «Це сила Джеймса Вебба», — сказав він Джейкоб Бін, астроном Чиказького університету та співкерівник групи.
Спостереження також створять «хімічний інвентар», який покаже, що JWST може виявити в небі менших скелястих світів, більш схожих на Землю, сказав керівник групи. Наталі Баталья, астрофізик у Санта-Крус. Вона сказала, що команда планує «довести JWST до меж» у своїх майбутніх спостереженнях за газовими гігантами, які «розкажуть нам, що ми можемо зробити на планетах земної групи».
Інші групи проводять перші спостереження JWST TRAPPIST-1, відносно близько розташована червона карликова зірка, орбітою якої є сім скелястих світів розміром із Землю. Кілька з цих планет знаходяться в зоні проживання зірки, де можливі умови, що сприяють наявності води в рідкому стані і навіть життя. Хоча JWST не може безпосередньо зобразити планети, спектроскопія допоможе ідентифікувати гази в їхній атмосфері — можливо, навіть натяки на гази, які можуть означати біологічну активність. «Нам дійсно потрібна Земля», — сказав Макінтош.
