Lenge før lanseringen i desember i fjor James Webb-romteleskopet ble hyllet som teleskopet som ville vise oss fjerne verdener i enestående detalj.
I dag begynner den å leve opp til det løftet med sin første gruppe exoplanetbilder, som viser oss en fjern – og sannsynligvis veldig kald – gassgigant. Bildene er mindre visuelt betagende enn noen av Webbs tidligere bildeutgivelsermen informasjonen de inneholder, og mulighetene de representerer, er enda mer utrolige.
Hva er nytt – Et team av astronomer ledet av Sasha Hinkley ved University of Exeter brukte to av Webbs instrumenter, MIRI og NIRCam, for å ta bilder av en gassgigant kalt HIP 65426 b, som kretser rundt en stjerne 349 lysår unna vårt solsystem. Takket være Webbs bilder og data vet vi nå at HIP 65426 b er omtrent 7,1 ganger mer massiv enn Jupiter.
Hinkley og kollegene hans brukte fire forskjellige filtre for å fotografere eksoplaneten i forskjellige bølgelengder av infrarødt lys. Takket være små forskjeller i optikken til hvert filter, er lysklatten som er en fjern gassgigant formet litt annerledes i hvert bilde.
Fordi det er en gassgigant, er ikke HIP 65426 b en beboelig verden, og den er så langt fra stjernen at hvis den har måner, er det usannsynlig at de vil være vertskap for liv heller (selv om tidevannsoppvarming betyr at det ikke er helt umulig). Eksoplaneten går i bane rundt stjernen sin i en avstand som er 100 ganger større enn avstanden mellom jorden og solen.
Det er 20 ganger lenger ut enn Jupiter, og omtrent 2,5 ganger lenger enn Pluto. Den nærmeste sammenligningen i vårt solsystem er dvergplaneten Sedna, vei ut i de iskalde delene av Kuiperbeltet 90 ganger far fra Solen enn Jorden. Se for deg Sedna – kald og fjernt fra stjernen – som en gassgigant, og du har en ide om hvordan HIP 65426 b kan være.
For astronomer her på jorden gjør avstanden mellom gassgiganten og dens stjerne planeten lettere å se og studere. På større avstander er det lettere for teleskoper som Webb, og rørledningene til databehandlingsprogramvare som gjør dataene deres til bilder vi faktisk kan se, å skille lyset til en eksoplanet fra det mye, mye sterkere lyset til vertsstjernen.
Koronagrafer – filtre som blokkerer stjernelys – hjelper også Webb med å avbilde eksoplaneter som HIP 65426 b, som er flere tusen ganger svakere enn stjernen i de midt-infrarøde og nær-infrarøde bølgelengdene.
Og resultatet er Webbs første bilde av en eksoplanet. Et lysspekter målt fra en annen eksoplanet, WASP-96 b, var en av de første Webb-observasjoner utgitt for offentligheten i juli, men det inkluderte ikke et faktisk bilde av planeten. Med HIP 65426 b får vi faktiske bilder, om enn noe tøffe.
Her er bakgrunnen – Astronomer oppdaget HIP 65426 b i 2017, og de tok noen infrarøde bilder med lavere oppløsning med det kreativt navngitte Very Large Telescope (basert her på jorden, i Atacama-ørkenen i Nord-Chile). Men Webbs mer følsomme instrumenter, og dets synspunkt godt over den varme infrarøde gløden fra jordens atmosfære, betyr at de nylig fangede bildene avslører mye mer detaljer om den fjerne gassgiganten.
Bildene avslører også at Webb fungerer enda bedre enn designerne hadde håpet, ifølge Hinkley og hans kolleger. Når man ser på eksoplaneter som HIP 65426 b, ser Webb ut til å være omtrent 10 ganger mer følsom enn astronomene forventet.
“Den primære driveren for disse forbedringene er sannsynligvis forbedringen i den generelle optiske og stabilitetsytelsen til JWST sammenlignet med forventningene,” skriver Hinkley og kollegene hans. i et papir som de sender inn for fagfellevurdering. Med andre ord, nå som Webb faktisk er i verdensrommet, er den mer stabil og fokuserer bedre enn simuleringer her på jorden hadde spådd, og det betyr at den kan gi et skarpere og mer detaljert syn på universet.
Hvorfor det betyr noe – Hvis vi vil lære mer om eksoplanetatmosfærervi har to alternativer (foreløpig).
For det første kan astronomer se på planeter som går i bane veldig nær små, svake stjerner kalt røde dverger. Når planeten passerer foran vertsstjernen, kan teleskoper som Webb måle hvordan lysspekteret som kommer fra stjernen endres, noe som kan avsløre informasjon om den kjemiske sammensetningen av eksoplanetens atmosfære. En håndfull forskerteam har allerede planlagt tid på James Webb for å gjøre akkurat dette, inkludert med flere steinete, jordlignende verdener som kretser rundt i den beboelige sonen til en rød dvergstjerne kalt TRAPPIST-1.
For det andre kan astronomer fange faktiske bilder og spektre av store eksoplaneter som kretser veldig langt unna vertsstjernene, som HIP 65426 b. Planeter som denne er svært usannsynlig å være vertskap for liv, men de kan kaste lys over hvordan planetsystemer dannes og utvikler seg.
Fjerne gassgiganter er, som Hinkley og kollegene hans forklarer, “lettere å oppdage i yngre aldre, hvor det er mindre sannsynlig at de har opplevd betydelig migrasjon eller akkresjon.”
I vårt eget solsystem er det svært sannsynlig at Jupiter dannet seg lenger ut fra solen enn den er nå, for så å migrere innover til et sted rundt Mars nåværende bane – og deretter endret kurs for å drive tilbake til sitt nåværende sted.
Men vårt solsystem er omtrent 4,5 milliarder år gammelt, mens HIP 65426 b og vertsstjernen bare er 15 eller 20 million år gammel. Å se på HIP 65426 b er litt som å se på Jupiter før den migrerte (og dyttet resten av solsystemet rundt i prosessen).
Hva blir det neste – Hinkley og hans kolleger avbilder også flere andre systemer med Webb. Og i papiret de nylig sendte inn for publisering, beskrev Hinkley og kollegene hans ikke bare hva Webbs bilder avslørte om en fjern gassgigant, men hva prosessen lærte dem om teleskopets evner og hvordan astronomer kan få mest mulig ut av det for denne spesielle type observasjon. Det, så mye som å faktisk studere HIP 65426 b, var hensikten med studien deres, som var en del av Webbs Early Release Science (ERS)-program.
Det betyr at fremtidige eksoplanetobservasjoner vil dra nytte av det Hinkley og kollegene hans har lært, fra beste observasjonspraksis til databehandling. De vil også ha en bedre ide om Webbs faktiske muligheter, så vi kan se mer ambisiøse bilder i fremtiden.
“Studien av eksoplanetatmosfærer fortsetter å utvikle seg mot mindre og mer jordlignende eksoplaneter, og kan til slutt føre til oppdagelsen av liv utenfor vårt solsystem,” skriver Hinkley og hans kolleger.