Webb fotografeert koude exoplaneet op afstand van 12 lichtjaar
Een internationaal team van astronomen heeft met behulp van de NASA/ESA/CSA James Webb-ruimtetelescoop een exoplaneet op ongeveer 12 lichtjaar van de aarde rechtstreeks in beeld gebracht. Hoewel er aanwijzingen waren dat de planeet bestond, is dat pas kunnen bevestigd worden toen Webb het in beeld bracht. De planeet is een van de koudste exoplaneten die tot nu toe zijn waargenomen.
De planeet, bekend als Epsilon Indi AB, heeft een massa meerdere malen groter dan die van Jupiter en draait rond de K-type ster Epsilon Indi A (EPS IND A), die ongeveer dezelfde leeftijd als die van onze zon heeft maar iets koeler is. Het team observeerde Epsilon Indi AB met behulp van de coronagraaf op Webb’s MIRI (Mid-Infrared instrument). Slechts enkele tientallen exoplaneten zijn eerder rechtstreeks in beeld gebracht door ruimte- en grondobservatoria.
“Onze eerdere waarnemingen van dit systeem waren meer indirecte metingen van de ster, waardoor we eigenlijk van tevoren konden zien dat er waarschijnlijk een gigantische planeet in dit systeem aan de ster trok,” aldus teamlid Caroline Morley van de Universiteit van Texas in Austin. “Daarom heeft ons team dit systeem gekozen om als eerste met Webb te observeren.”
“Deze ontdekking is bijzonder interessant omdat de planeet vrij veel lijkt op Jupiter - het is een beetje warmer en massiever, maar lijkt meer op Jupiter dan elke andere planeet die tot nu toe is gefotografeerd,” voegt hoofdauteur Elisabeth Matthews van het Max Planck Institute for Astronomy in Duitsland eraan toe.
Een zonnestelsel analoog
Eerder in beeld gebrachte exoplaneten zijn meestal de jongste, heetste exoplaneten die nog steeds veel energie uitstralen sinds het moment dat ze voor het eerst werden gevormd. Naarmate planeten tijdens hun leven afkoelen en samentrekken worden ze aanzienlijk zwakker en daarom moeilijker in beeld te brengen.
“Koude planeten zijn erg zwak en het grootste deel van hun emissie bevindt zich in het midden-infrarood,” legt Matthews uit. “Webb is bij uitstek geschikt om mid-infrarood beeldvorming uit te voeren, wat extreem moeilijk is om vanaf hier op Aarde te doen. We hadden ook een goede ruimtelijke resolutie nodig om in onze gemaakte beelden de planeet en de ster van elkaar te scheiden. De grote Webb-spiegel is uiterst nuttig in dit aspect.”
Epsilon Indi AB is een van de koudste exoplaneten die direct is kunnen worden waargenomen, met een geschatte temperatuur van 2 graden Celsius - kouder dan enige andere planeet buiten ons zonnestelsel, en kouder dan alle op één na vrij zwevende bruine dwergplaneet [1]. De planeet is slechts ongeveer 100 graden Celsius warmer dan de gasreuzen in ons zonnestelsel. Dit biedt astronomen een zeldzame kans om de atmosferische samenstelling van echte zonnestelsel analogen te bestuderen.
“Astronomen verbeelden zich al tientallen jaren planeten in dit systeem; fictieve planeten in een baan om Epsilon Indi zijn locaties geweest van Star Trek-afleveringen, van romans en van videogames zoals Halo,” voegt Morley eraan toe. “Het is fantastisch om daar nu zelf een planeet waar te nemen en de eigenschappen ervan te gaan meten.”
Niet helemaal zoals voorspeld
Epsilon Indi AB is de twaalfde dichtstbijzijnde exoplaneet die we kennen en de dichtstbijzijnde planeet die groter is dan Jupiter. Het wetenschapsteam koos ervoor om EPS IND A te bestuderen omdat het systeem hints van een mogelijk planetair lichaam vertoont dat gebruik maakt van een techniek genaamd radial velocity. Het team meet de heen-en-weer schommelingen van de gastheerster langs onze zichtlijn.
“Omdat er radiale snelheidsaanwijzigingen waren voor zijn aanwezigheid hadden we verwacht een planeet in dit systeem in beeld te brengen. Echter, de planeet die we hebben gevonden is niet er een die we hadden voorspeld” zegt Matthews. “Hij is ongeveer twee keer zo zwaar, iets verder van zijn ster verwijderd en heeft een andere baan dan we hadden verwacht. De oorzaak van deze discrepantie blijft voorlopig een open vraag. Ook de atmosfeer van de planeet blijkt iets anders te zijn dan de modelvoorspellingen. Tot nu toe hebben we slechts een paar fotometrische metingen van de atmosfeer, wat het moeilijk maakt om conclusies te trekken. Naar de planeet is zwakker dan verwacht bij kortere golflengten.”
Het team gelooft dat dit kan betekenen dat er een aanzienlijke hoeveelheid methaan, koolmonoxide en koolstofdioxide in de atmosfeer van de planeet kan zijn die de kortere golflengten van licht absorberen. Het kan ook wijzen op een zeer bewolkte atmosfeer.
De directe beeldvorming van exoplaneten is bijzonder waardevol voor de karakterisering ervan. Wetenschappers kunnen direct licht van de waargenomen planeet waarnemen en de helderheid ervan op verschillende golflengten vergelijken. Tot nu toe heeft het wetenschapsteam Epsilon Indi AB slechts op enkele golflengten gedetecteerd maar ze hopen de planeet opnieuw waar te nemen met Webb om zowel fotometrische als spectroscopische observaties in de toekomst kunnen uit te voeren. Ze hopen ook andere vergelijkbare planeten te gaan detecteren met Webb om zo mogelijke trends te vinden over hun atmosferen en hoe deze objecten zich vormen.
Deze resultaten zijn waargenomen met Webb 's Cycle 1 GO programma #2243 en zijn aanvaard voor publicatie in Nature.
Opmerkingen:
[1] Deze bruine dwerg, bekend als WISE 0855, werd ontdekt in 2014 en is waargenomen door Webb.
[2] Fotometrie is de wetenschap van het meten van de hoeveelheid licht die van een ster wordt ontvangen.
Meer informatie
Webb is de grootste en krachtigste telescoop die ooit in de ruimte is gelanceerd. In het kader van een internationale samenwerkingsovereenkomst leverde ESA de lanceerdienst van de telescoop, met behulp van het Ariane 5-lanceervoertuig. In samenwerking met partners was ESA verantwoordelijk voor de ontwikkeling en kwalificatie van Ariane 5-aanpassingen voor de Webb-missie en voor de aanschaf van de lanceerdienst door Arianespace. ESA leverde ook de werkpaard spectrograaf NIRSpec en 50% van het mid-infrarood instrument MIRI, dat werd ontworpen en gebouwd door een consortium van nationaal gefinancierde Europese instituten (The MIRI European Consortium) in samenwerking met JPL en de Universiteit van Arizona.
Webb is een internationaal samenwerkingsverband tussen NASA, ESA en de Canadian Space Agency (CSA).
Webb images cold exoplanet 12 light-years away | ESA/Webb (esawebb.org)
Contactpersonen
Elisabeth Matthews
Max Planck Instituut voor Sterrenkunde, Duitsland
email: matthews@mpia.de
Bethany Downer
ESA/Webb Chief Science Communications Officer
E-mail: Bethany.Downer@esawebb.org
Ninja Menning
ESA Newsroom en Media Relations Office
E-mail: media@esa.int