Dies ist das erste Bild eines Exoplaneten vom James-Webb-Weltraumteleskop.
„Wir messen eigentlich Photonen aus der Atmosphäre des Planeten selbst“, sagt die Astronomin Sasha Hinkley von der University of Exeter in England. Diese Lichtpartikel zu sehen, „ist für mich sehr aufregend.“
Der Planet hat etwa die siebenfache Masse des Jupiter und ist mehr als 100-mal weiter von seinem Stern entfernt als die Erde von der Sonne entfernt, wie direkte Beobachtungen des Exoplaneten HIP 65426 b zeigen. Es ist auch jung, etwa 10 Millionen oder 20 Millionen Jahre alt, verglichen mit der mehr als 4 Milliarden Jahre alten Erde, berichten Hinkley und Kollegen in einer Studie, die am 31. August bei arXiv.org eingereicht wurde.
Diese drei Merkmale – Größe, Entfernung und Jugend – machten HIP 65426 b relativ leicht zu erkennen und damit zu einem guten Planeten, um die Beobachtungsfähigkeiten von JWST zu testen. Und das Teleskop hat erneut die Erwartungen der Astronomen übertroffen (SN: 11.07.22).
„Wir haben wirklich gezeigt, wie leistungsfähig JWST als Instrument für die direkte Abbildung von Exoplaneten ist“, sagt die Exoplaneten-Astronomin und Mitautorin Aarynn Carter von der University of California, Santa Cruz.
Astronomen haben mehr als 5.000 Planeten gefunden, die andere Sterne umkreisen (SN: 22.03.22). Aber fast alle diese Planeten wurden indirekt entdeckt, entweder indem die Planeten mit ihrer Schwerkraft an den Sternen zerrten oder das Sternenlicht blockierten, wenn sie zwischen dem Stern und dem Sichtfeld eines Teleskops hindurchgingen.
Um einen Planeten direkt zu sehen, müssen Astronomen das Licht seines Sterns ausblenden und das eigene Licht des Planeten scheinen lassen, ein kniffliger Prozess. Es wurde schon früher gemacht, aber nur für insgesamt etwa 20 Planeten (SN: 13.11.08; SN: 14.03.13; SN: 22.07.20).
„In jedem Bereich der Exoplaneten-Entdeckung war die Natur sehr großzügig“, sagt die MIT-Astrophysikerin Sara Seager, die nicht an der JWST-Entdeckung beteiligt war. “Dies ist der einzige Bereich, in dem die Natur nicht wirklich durchgekommen ist.”
2017 entdeckten Astronomen HIP 65426 b und machten mit einem Instrument am Very Large Telescope in Chile ein direktes Bild davon. Da sich dieses Teleskop jedoch auf dem Boden befindet, kann es nicht das gesamte Licht sehen, das vom Exoplaneten kommt. Die Erdatmosphäre absorbiert einen Großteil der Infrarotwellenlängen des Planeten – genau die Wellenlängen, die JWST hervorragend beobachten kann. Das Weltraumteleskop beobachtete den Planeten am 17. und 30. Juli und fing sein Leuchten in vier verschiedenen Infrarotwellenlängen ein.
„Das sind Wellenlängen des Lichts, in denen wir noch nie zuvor Exoplaneten gesehen haben“, sagt Hinkley. „Ich habe buchstäblich sechs Jahre auf diesen Tag gewartet. Es fühlt sich unglaublich an.“
Bilder in diesen Wellenlängen helfen zu zeigen, wie sich Planeten gebildet haben und woraus ihre Atmosphären bestehen.
„Direkte Bildgebung ist unsere Zukunft“, sagt Seager. „Es ist erstaunlich zu sehen, wie der Webb so gut abschneidet.“
Während das Team die Atmosphäre von HIP 65426 b noch nicht im Detail untersucht hat, hat es das erste Spektrum – eine Messung von Licht in einem Bereich von Wellenlängen – eines Objekts gemeldet, das einen anderen Stern umkreist. Das Spektrum ermöglicht einen tieferen Einblick in die Chemie und Atmosphäre des Objekts, berichteten die Astronomin Brittany Miles von der UC Santa Cruz und Kollegen am 1. September auf arXiv.org.
Dieses Objekt heißt VHS 1256 b. Es ist so schwer wie 20 Jupiter, also könnte es eher ein Übergangsobjekt zwischen einem Planeten und einem Stern sein, das als Brauner Zwerg bezeichnet wird, als ein riesiger Planet. JWST fand Beweise dafür, dass die Mengen an Kohlenmonoxid und Methan in der Atmosphäre der Kugel aus dem Gleichgewicht geraten sind. Das bedeutet, dass die Atmosphäre durcheinandergebracht wird, wobei Winde oder Strömungen Moleküle aus tieferen Tiefen nach oben ziehen und umgekehrt. Das Teleskop sah auch Anzeichen von Sandwolken, ein häufiges Merkmal in Atmosphären von Braunen Zwergen (SN: 08.07.22).
„Dies ist wahrscheinlich eine gewalttätige und turbulente Atmosphäre, die mit Wolken gefüllt ist“, sagt Hinkley.
HIP 65426 b und VHS 1256 b sind anders als alles, was wir in unserem Sonnensystem sehen. Sie sind mehr als dreimal so weit von ihren Sternen entfernt wie Uranus, was darauf hindeutet, dass sie sich auf eine völlig andere Weise gebildet haben als bekanntere Planeten. In zukünftigen Arbeiten hoffen Astronomen, mit JWST kleinere Planeten abzubilden, die näher an ihren Sternen sitzen.
„Was wir gerne tun würden, ist runterzukommen, um die Erde zu studieren, nicht wahr? Wir würden wirklich gerne das erste Bild einer Erde bekommen, die einen anderen Stern umkreist“, sagt Hinkley. Das ist wahrscheinlich außerhalb der Reichweite von JWST – erdgroße Planeten sind immer noch zu klein. Aber ein Saturn? Das könnte etwas sein, worauf sich JWST konzentrieren könnte.