Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba astronomom udało się bezpośrednio sfotografować egzoplanetę oddaloną o około 12 lat świetlnych od Ziemi. Jest to pierwsza planeta pozasłoneczna, której istnienie potwierdził teleskop Webba za pomocą bezpośredniego obrazowania. Planeta Epsilon Indi Ab, bo o niej mowa, jest około sześć razy bardziej masywniejsza od Jowisza.
Bezpośrednie sfotografowanie planety pozasłonecznej to ogromne osiągnięcie. Było możliwe tylko dzięki bezprecedensowym możliwościom obrazowania Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) w podczerwieni. Planeta Epsilon Indi Ab znajduje się 12 lat świetlnych od nas. Chociaż wcześniej astronomowie mieli przesłanki sugerujące istnienie planety krążącej wokół gwiazdy Epsilon Indi A, to dopiero fotografie teleskopu Webba ostatecznie potwierdziły jej istnienie.
Wyniki i opis prac międzynarodowego zespołu naukowców ukazał się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-024-07837-8).
Planety pozasłoneczne
Do tej pory astronomowie odkryli i potwierdzili istnienie prawie 5700 planet spoza Układu Słonecznego. Ale odkrywanie egzoplanet zwykle następuje dzięki wykorzystaniu metod pośrednich. Oznacza to, że tak naprawdę badacze nie widzą egzoplanety, tylko jej wpływ na gwiazdę macierzystą.
Najwięcej światów zostało odkrytych dzięki tzw. metodzie tranzytu. Gdy planeta przechodzi na tle tarczy swojej gwiazdy, patrząc z perspektywy widza na Ziemi, powoduje regularne spadki jej jasności. Stopień pociemnienia światła gwiazdy pozwala badaczom określić rozmiar i masę planety. Inna metoda, tzw. metoda pomiarów prędkości radialnych gwiazd, polega na śledzeniu niewielkich ruchów gwiazdy spowodowanych grawitacyjnymi szarpnięciami orbitujących planet.
Powodem, dla którego rzadko bezpośrednio widzimy egzoplanety, jest to, że są one bardzo małe, znajduje się bardzo daleko, a światło, które mogą odbijać lub emitować, jest bardzo słabe. Pośrednie metody wykrywania faworyzują większe egzoplanety i egzoplanety znajdujące się bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej, bo jest większe prawdopodobieństwo ich tranzytu na tle gwiazdy. Z drugiej strony światy krążące w większej odległości orbitalnej od swojej gwiazdy mają większe szanse na bezpośrednie wykrycie, bo większa odległość oznacza mniejsze prawdopodobieństwo, że ich światło zostanie przyćmione światłem gwiazdy.
Dotychczas udało się bezpośrednio sfotografować zaledwie 25 egzoplanet. Są to światy wystarczająco gorące i jasne, aby można je było wykryć pomimo blasku ich gwiazd. Tym razem udało się to w przypadku chłodnej planety.
Bezpośrednie obrazowanie
Bezpośrednio sfotografowana planeta Epsilon Indi Ab, ma masę około sześciokrotnie większą od masy Jowisza i krąży wokół gwiazdy typu widmowego K – Epsilon Indi A (Eps Ind A), która jest mniej więcej w tym samym wieku, co nasze Słońce, czyli ma około 4,5 miliarda lat. Tego typu gwiazdy są określane jako pomarańczowe karły. Eps Ind A jest mniejsza i chłodniejsza od Słońca. Tworzy układ potrójny z dwoma brązowymi karłami — obiektami gwiazdopodobnymi, które nigdy nie urosły na tyle, aby mogła zajść fuzja wodoru w ich jądrach.
Podczas długoterminowych obserwacji astronomowie zauważyli, że Eps Ind A zachowuje się nieco dziwnie. Wydawało się, że porusza się, jakby była przyciągana grawitacyjnie, ale nie przez brązowe karły, tylko jakiś inny, masywny obiekt w tym układzie.
Teleskop Webba potrafi wykryć słabe światło jak żaden inny teleskop kosmiczny. Posiada też koronograf blokujący światło samej gwiazdy. Wykorzystując unikalne zdolności JWST zespół astronomów odkrył jasną kropkę w przestrzeni orbitalnej gwiazdy. Ale, co zaskakujące, nie było to tam, gdzie myśleli.
Fot. T. Müller (MPIA/HdA), E. Matthews (MPIA)
Epsilon Indi Ab
Na podstawie swoich obserwacji i danych archiwalnych naukowcy byli w stanie ustalić, że ta kropka to rzeczywiście egzoplaneta, a nie jakiś inny obiekt w bardziej odległym miejscu. Wydaje się, że jest to zimny gazowy olbrzym, który orbituje wokół Eps Ind A w odległości od 20 do 40 jednostek astronomicznych (jedna jednostka astronomiczna to w przybliżeniu odległość Ziemi od Słońca, wynosi około 150 mln kilometrów), a ukończenie orbity zajmuje mu około 200 lat. Dla porównania Neptun w Układzie Słonecznym znajduje się w odległości około 30 jednostek astronomicznych od Słońca. Dwa brązowe karły w tym układzie krążą wokół Eps Ind A ponad 1000 razy dalej niż nowo odkryta Epsilon Indi Ab.
Astronomowie oszacowali, że planeta ma temperaturę około 0-2 st. Celsjusza. Epsilon Indi Ab jest dwunastą najbliższą Ziemi egzoplanetą i najbliższą planetą o masie większej od Jowisza.
– Byliśmy podekscytowani, gdy zdaliśmy sobie sprawę, że udało nam się sfotografować nową planetę — mówi Elisabeth Matthews z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Niemczech. – Ku naszemu zaskoczeniu jasna kropka, która pojawiła się na naszych zdjęciach, nie odpowiadała pozycji, której oczekiwaliśmy dla planety. Poprzednie badania prawidłowo zidentyfikowały planetę w tym układzie, ale niedoszacowały masy i separacji orbitalnej tego gazowego olbrzyma – dodaje. Poprzednie szacunki przewidywały świat o masie około trzykrotnie większej od masy Jowisza, znajdujący się w odległości około 9 jednostek astronomicznych od gwiazdy.
– Zimne planety są blade, a większość ich emisji znajduje się w średniej podczerwieni. Webb jest idealnie przystosowany do wykonywania zdjęć w średniej podczerwieni. Potrzebowaliśmy również dobrej rozdzielczości przestrzennej, aby oddzielić planetę od gwiazdy na naszych obrazach, a duże lustro Webba jest w tym aspekcie niezwykle pomocne – zaznacza Matthews.
– Nasze wcześniejsze obserwacje tego układu były bardziej pośrednimi pomiarami gwiazdy, co pozwoliło nam przypuszczać, że prawdopodobnie znajduje się tam olbrzymia planeta. Dlatego nasz zespół wybrał ten układ do obserwacji za pomocą Webba – przyznaje Caroline Morley z University of Texas w Austin.
Naukowcy mają nadzieję, że będą mogli przeprowadzić więcej obserwacji, które dostarczą informacji na temat składu atmosfery, a także doprecyzują orbitę.
Źródło: NASA, esawebb.org, Nature, Science Alert, fot. T. Müller (MPIA/HdA)
