Astronomien har taget endnu et skridt fremad i studiet af fjerne verdener takket være et hidtil uset billede: James Webb-rumteleskopet har direkte fotograferet en kold exoplanet, der befinder sig kun 12 lysår fra Jorden. Dette er Epsilon Indi Ab , en gaskæmpe, hvis egenskaber giver os mulighed for at skimte vores eget solsystems evolutionære historie med hidtil uset præcision.
Denne gang brugte forskerne den avancerede koronagraf fra MIRI -instrumentet (Mid-Infrared) til at adskille planetens lys fra den blændende lysstyrke fra dens værtsstjerne, Epsilon Indi A. Resultatet er det skarpeste og mest detaljerede billede af en så kold exoplanet, der hidtil er opnået, en milepæl, der kun er muliggjort af Webbs banebrydende teknologi.
Opdagelsen af Epsilon Indi Ab er ikke kun relevant på grund af dens nærhed til Jorden, men også på grund af dens sjældenhed: planeter af denne type, med så lave temperaturer, og som er blevet observeret direkte, tæller knap et par dusin i den nuværende optegnelse.
Et usædvanligt portræt: Epsilon Indi Ab, den mest undersøgte kolde exoplanet
Planeten Epsilon Indi Ab har fascineret det videnskabelige samfund i årevis. Dens eksistens har været kendt takket være indirekte målinger, især gennem radialhastighedsteknikken, som registrerer de små bevægelser i en stjerne forårsaget af en massiv planets tyngdekraft. Indtil nu har ingen dog været i stand til at observere den direkte.
Brug af følsomheden af MIRI, fangede James Webb det infrarøde lys udsendt af Epsilon Indi Ab selv. Denne strategi er afgørende for at detektere kolde planeter, hvis resterende varme ikke længere er tilstrækkelig til at udsende i det synlige, men kan afsløres i det mellem-infrarøde. Billedet viser en punktlignende krop, ikke opløst på en disk, hvor 10,6 mikron lyset vises i blå toner og 15,5 mikron lyset vises i orange toner. Placeringen af den primære stjerne er markeret, selvom dens lys er blevet elimineret af koronagrafen.
Resultatet er dobbelt værdifuldt: bekræfter ikke blot eksistensen af planeten og dens grundlæggende egenskaber, men gør det også muligt at sammenligne dens atmosfæriske egenskaber med gasgiganterne i vores solsystem.
Med en anslået temperatur på kun 2 grader Celsius – praktisk talt det samme som flydende vand på Jorden – er Epsilon Indi Ab en af de kolde exoplaneter med de mest direkte og detaljerede observationer. Dette gør den til et vigtigt referencepunkt for at studere atmosfærer, der er rige på forbindelser som metan, kulilte og kuldioxid, som kan være til stede i store mængder og væsentligt ændre absorptionsprofilen af det lys, der når os.
Et naturligt laboratorium til at forstå udviklingen af planetsystemer
Stjernen Epsilon Indi A , der er vært for denne exoplanet, er en orange dværgstjerne, der er noget køligere og har en alder på omtrent samme niveau som vores Sol. Det faktum, at en så massiv og kold planet kredser om en stjerne af denne type, giver astronomer mulighed for at undersøge planetdannelsesprocesser og atmosfærisk udvikling i sammenhænge, der minder meget om, men er langt fra, vores egen.
Ifølge forsker Caroline Morley (University of Texas i Austin) var tilstedeværelsen af Epsilon Indi Ab tidligere kun blevet udledt gennem indirekte analyse . Valget af den som et prioriteret mål for James Webb-rumteleskopet var baseret på forventningen om at finde en planet, der "mere ligner Jupiter end nogen anden, der er fotograferet til dato".
Hovedforfatteren, Elisabeth Matthews (Max Planck Institute for Astronomy, Tyskland), påpeger, at de fleste af de exoplaneter, der er observeret direkte til dato, var unge, varme kroppe. "Når planeter afkøles og trækker sig sammen i løbet af deres levetid, bliver de meget mindre lysende og sværere at studere," forklarer Matthews. Dette er en af hovedudfordringerne for moden exoplanet astrofysik.
Epsilon Indi Ab er derfor en sjælden mulighed for at undersøge en gasgigant på et fremskredent evolutionært stadium, svarende til større kroppe i vores eget solsystem.
Det mest interessante for eksperter er muligheden for præcist at analysere atmosfærens sammensætning . Epsilon Indi Ab er kun omkring 100 grader varmere end Jupiter og Saturn, hvilket muliggør storstilede sammenligninger af atmosfæriske afkølings-, sammentræknings- og rensningsprocesser. Desuden er Epsilon Indi Ab endnu køligere sammenlignet med fritflydende brune dværge, hvilket gør det muligt at undersøge, i hvilken grad nuværende modeller afspejler den observerede virkelighed.
Det overrasker selv forskerne selv
Selvom tilstedeværelsen af Epsilon Indi Ab var blevet forudsagt af dens stjernes radiale hastighedsmønstre, forvirrede dens faktiske parametre holdet . Planeten viste sig - ifølge Webb-observationer - at have næsten dobbelt så stor den forventede masse, kredse noget længere væk fra sin stjerne og følge en anden bane end oprindeligt forudsagt. Denne uoverensstemmelse mellem teoretiske forudsigelser og direkte målinger fremhæver planetsystemernes kompleksitet og behovet for at studere flere "felt"-tilfælde med data fra den virkelige verden.
Holdet peger også på nogle atmosfæriske særpræg, der komplicerer fortolkningen af dataene. Ifølge indledende analyser er Epsilon Indi Ab mindre lysstærk end forventet ved kortere bølgelængder, hvilket kan skyldes en atmosfære, der er stærkt fyldt med metan og andre absorberende gasser, eller et tæt skydække . Denne usædvanlige opførsel for planeter med lignende karakteristika åbner nye veje for forskning i de kemiske og fysiske processer, der styrer planetariske atmosfærer under ekstreme temperaturforhold.
I øjeblikket har gruppen begrænsede fotometriske målinger, og yderligere spektroskopiske observationer vil være nødvendige for at bestemme præcist, hvilke komponenter der dominerer atmosfæren, og hvordan de påvirker strålingsfluxen.
