Dodano: 02 września 2022r.

Pierwsze bezpośrednie obrazy odległej planety wykonane przez teleskop Webba

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba właśnie dostarczył swój pierwszy bezpośredni obraz planety krążącej wokół odległej gwiazdy. Obraz przedstawia gazowego olbrzyma sklasyfikowanego jako HIP 65426 b. Planeta ma masę od sześć do dwunastu mas Jowisza, ale jest młodsza i znacznie gorętsza. Obserwacje te są demonstracją zdolności teleskopu Webba do bezpośredniej obserwacji egzoplanet.

Pierwsze bezpośrednie obrazy odległej planety wykonane przez teleskop Webba

 

Astronomowie wykorzystali Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) do wykonania bezpośredniego zdjęcia planety poza naszym Układem Słonecznym. Planeta HIP 65426 b, bo o niej mowa, została odkryta w 2017 roku za pomocą instrumentu SPHERE, który znajduje się na Bardzo Dużym Teleskopie (Very Large Telescope) należącym do Europejskiego Obserwatorium Południowego. Pierwsze obrazy gazowego olbrzyma zostały wykonane w zakresie bliskiej podczerwieni. Jednak obrazy zrobione przez JWST w zakresie średniej do dalekiej podczerwieni (od 5 do 28 mikronów) ujawniły nowe szczegóły, których teleskopy naziemne nie byłyby w stanie wykryć.

Dane z ostatnich obserwacji są dopiero analizowane, dlatego też recenzowana publikacja naukowa pojawi się w późniejszym terminie. Obecnie z badaniami można się zapoznać w bazie pre-printów arXiv (arXiv:2208.14990).

HIP 65426 b

Słaby blask gazowego olbrzyma został uchwycony w pobliżu młodej gwiazdy oddalonej o około 350 lat świetlnych. - To przełomowy moment nie tylko dla Webba, ale także ogólnie dla astronomii – mówi Sasha Hinkley z University of Exeter w Wielkiej Brytanii.

Obraz widziany przez cztery różne filtry pokazuje możliwości Webba do obserwacji w podczerwieni światów znajdujących się poza naszym Układem Słonecznym, wskazując drogę do przyszłych badań, które ujawnią więcej informacji o egzoplanetach.

HIP 65426 b to gazowy olbrzym podobny do Jowisza, ale znacznie od niego masywniejszy. Jego masa to około sześć do dwunastu mas Jowisza, ale dalsze analizy mogą jeszcze zawęzić ten zakres. HIP 65426 b jest młodą planetą — ma około 15 do 20 milionów lat. Dla porównania, Ziemia ma około 4,5 miliarda lat. Planeta znajduje się około 100 razy dalej od swojej gwiazdy macierzystej niż Ziemia od Słońca, dlatego też astronomowie korzystający z ogromnych możliwości Webba mogli łatwo odróżnić planetę od gwiazdy.

Teleskopy naziemne, choć dzięki nim odkryto HIP 65426 b, to ze względu na poświatę ziemskiej atmosfery, nie były w stanie uchwycić wielu informacji, które astronomowie poznali za pomocą obrazowania teleskopu Webba. Ostatnie obserwacje ujawniły szczegóły dotyczące składu chemicznego atmosfery planety, która wydaje się czerwonawa z powodu minerałów, zwanych krzemianami, tworzących w atmosferze drobny pył. Możliwości do obserwacji w zakresie średniej oraz dalekiej podczerwieni pozwoliły astronomom lepiej zrozumieć, ile energii emituje atmosfera planety. To z kolei pozwoliło im wykorzystać modele ewolucji gwiazd, aby określić jej masę na 7 razy, a promień na 1,45 razy większy od Jowisza.

Bezpośrednie obrazy egzoplanet

Kamera bliskiej podczerwieni zamontowana na teleskopie Webba (NIRCam) oraz instrument działający w zakresie średniej podczerwieni (MIRI) są wyposażone w koronografy – przyrządy służące do blokowania światła pochodzącego z tarczy gwiazdy – umożliwiając Webbowi wykonywanie bezpośrednich zdjęć niektórych egzoplanet, takich jak ta. - To było naprawdę imponujące, jak dobrze koronografy Webba działały w celu stłumienia światła gwiazdy macierzystej – zaznacza Hinkley.

Obecność większości egzoplanet została wywnioskowana jedynie za pomocą metod pośrednich, takich jak metoda tranzytu, w której część światła gwiazdy macierzystej jest blokowana przez planetę przechodzącą z przodu. Jednak wykonywanie bezpośrednich zdjęć egzoplanet okazało się trudniejsze, ponieważ gwiazdy, wokół których krążą planety, są o wiele jaśniejsze. HIP 65426 b jest ponad 10 tys. ciemniejsza niż jej gwiazda macierzysta w bliskiej podczerwieni. Podobnie w zakresie w średniej podczerwieni.

Na obrazach stworzonych z danych zebranych przez Webba planeta wygląda jak malutka plamka światła o nieco innym kształcie obok znacznie większego i jaśniejszego obiektu, czyli gwiazdy. - Uzyskanie tego obrazu było jak kopanie kosmicznego skarbu. Na początku wszystko, co widziałem, to światło gwiazdy, ale dzięki starannemu przetwarzaniu obrazu byłem w stanie usunąć to światło i odkryć planetę – mówi Aarynn Carter z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, który kierował analizą obrazów. - Myślę, że najbardziej ekscytujące jest to, że dopiero zaczęliśmy. Wkrótce pojawi się o wiele więcej zdjęć egzoplanet, które ukształtują nasze ogólne zrozumienie ich fizyki, chemii i procesów formowania się. Możemy nawet odkryć nieznane wcześniej światy - dodaje.

Do tej pory oficjalnie zaobserwowano ponad 5000 planet znajdujących się poza Układem Słonecznym. Jednak bezpośrednie zdjęcia wykonano tylko około 20 z nich. Fakt, że Webb był w stanie wykonać tak dobre zdjęcia HIP 65426 b sugeruje, że będzie w stanie sfotografować nawet mniejsze planety, wielkości Saturna czy nawet Neptuna, krążące wokół innych gwiazd. To radykalnie poprawiłoby naukowe zrozumienie odległych układów planetarnych.

 

Źródło: University of Exeter, NASA, fot. NASA/ESA/CSA, A Carter (UCSC), the ERS 1386 team, and A. Pagan (STScI)