Astronomi har taget et yderligere skridt i studiet af fjerne verdener takket være en hidtil uset fangst: james webb rumteleskop har formået direkte at fotografere en kold exoplanet beliggende lige 12 lysår af jorden. Det handler om Epsilon Indi Ab, en gasgigantisk planet, der på grund af sine karakteristika giver os mulighed for at se ind i vores eget solsystems evolutionære historie med en præcision, der aldrig før er opnået.
Ved denne lejlighed har forskere brugt instrumentets avancerede koronagraf MIRI (Mid-infrarød) for 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 cool exoplanet, der nogensinde er opnået, en milepæl, der kun er mulig med Webbs banebrydende teknologi.
Opdagelsen af Epsilon Indi Ab Den 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 har været i stand til at observeres direkte, er knap et par dusin i den nuværende rekord.
Et usædvanligt portræt: Epsilon Indi Ab, den mest undersøgte kolde exoplanet
Planeten Epsilon Indi Ab har fascineret det videnskabelige samfund i årevis. Dens eksistens var kendt gennem indirekte målinger, især gennem den radiale hastighedsteknik, som registrerer de små slingre af en stjerne forårsaget af tyngdekraften af en massiv planet. Indtil nu havde ingen dog været i stand til at observere det 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 på niveau med flydende vand på Jorden – er Epsilon Indi Ab en af de kolde exoplaneter med de mest direkte og detaljerede observationer. Dette gør det til en væsentlig reference for studiet af atmosfærer 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, vært for denne exoplanet, er en orange dværg noget køligere og af samme alder som vores sol. At en så massiv og kold planet kredser om en stjerne af denne type, giver astronomerne mulighed for Undersøg processer af planetarisk dannelse og atmosfærisk evolution i sammenhænge meget lig og alligevel langt fra vores egen..
Ifølge forskeren Caroline Morley (University of Texas at Austin), indtil nu var tilstedeværelsen af Epsilon Indi Ab kun blevet udledt indirekte analyse. At vælge det som et prioriteret mål for James Webb-teleskopet var som svar på forventningen om at finde en planet "mere ligner Jupiter end nogen anden fotograferet hidtil."
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 analysere atmosfærisk sammensætning præcist. Epsilon Indi Ab er kun omkring 100 grader varmere end Jupiter og Saturn, hvilket giver mulighed for sammenligninger af storskala afkølings-, sammentræknings- og atmosfæriske udrensningsprocesser. Desuden, sammenlignet med fritsvævende brune dværge, er Epsilon Indi Ab endnu køligere, hvilket giver os mulighed for at studere, hvor tæt 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, dets reelle parametre forbløffede holdet. Planeten viste sig at have – ifølge Webb-observationer – næsten dobbelt så stor som den forventede masse, kredse noget længere fra sin stjerne og beskrive en anden bane end oprindeligt forudsagt. Denne uoverensstemmelse mellem teoretiske forudsigelser og direkte målinger fremhæver kompleksiteten af planetariske systemer og behovet for at studere flere felttilfælde med rigtige data.
Holdet peger også på nogle atmosfæriske ejendommeligheder, der gør dataene svære at fortolke. Ifølge indledende analyser er Epsilon Indi Ab mindre lyst end forventet ved kortere bølgelængder, hvilket kan skyldes en atmosfære tungt lastet med metan og andre absorberende gasser eller et tæt skydække. Denne adfærd, som er usædvanlig for planeter med lignende egenskaber, åbner op for nye forskningslinjer 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.
