Astronomi har tatt et ytterligere skritt i studiet av fjerne verdener takket være en enestående fangst: james webb romteleskop har klart å direkte fotografere en kald eksoplanet som ligger akkurat 12 lysår av jorden. Det handler om Epsilon Indi Ab, en gassgigantisk planet som, på grunn av sine egenskaper, lar oss se inn i evolusjonshistorien til vårt eget solsystem med en presisjon som aldri før er oppnådd.
Ved denne anledningen har forskere brukt instrumentets avanserte koronagraf MIRI (Mid-Infrared) for å skille planetens lys fra den blendende lysstyrken til vertsstjernen Epsilon Indi A. Resultatet er det skarpeste og mest detaljerte bildet av en så kul eksoplanet som noen gang er oppnådd, en milepæl som bare er mulig med Webbs banebrytende teknologi.
Oppdagelsen av Epsilon Indi Ab Den er ikke bare relevant på grunn av dens nærhet til Jorden, men også på grunn av dens sjeldenhet: Planeter av denne typen, med så lave temperaturer og som har vært i stand til å bli observert direkte, teller knapt noen dusin i den nåværende rekorden.
Et uvanlig portrett: Epsilon Indi Ab, den mest studerte kalde eksoplaneten
Planeten Epsilon Indi Ab har fascinert det vitenskapelige miljøet i årevis. Dens eksistens ble kjent gjennom indirekte målinger, spesielt gjennom teknikken for radiell hastighet, som oppdager de små vinglingene til en stjerne forårsaket av tyngdekraften til en massiv planet. Men inntil nå hadde ingen vært i stand til å observere det direkte.
Ved å bruke følsomheten til MIRI, fanget James Webb det infrarøde lyset som ble sendt ut av Epsilon Indi Ab selv. Denne strategien er avgjørende for å oppdage kalde planeter, hvis restvarme ikke lenger er tilstrekkelig til å avgi i det synlige, men kan avsløres i det midt-infrarøde. Bildet viser en punktlignende kropp, ikke løst på en disk, der 10,6 mikron lyset vises i blå toner og 15,5 mikron lyset vises i oransje toner. Plasseringen av primærstjernen er markert, selv om lyset er blitt eliminert av koronagrafen.
Resultatet er dobbelt verdifullt: bekrefter ikke bare eksistensen av planeten og dens grunnleggende egenskaper, men lar også dens atmosfæriske egenskaper sammenlignes med gassgigantene i vårt solsystem.
Med en estimert temperatur på bare 2 grader Celsius – praktisk talt på nivå med flytende vann på jorden – er Epsilon Indi Ab en av de kalde eksoplanetene med de mest direkte og detaljerte observasjonene. Dette gjør det til en viktig referanse for studiet av atmosfærer rike på forbindelser som metan, karbonmonoksid og karbondioksid, som kan være tilstede i store mengder og vesentlig endre absorpsjonsprofilen til lyset som når oss.
Et naturlig laboratorium for å forstå utviklingen av planetsystemer
Stjernen Epsilon Indi A, vert for denne eksoplaneten, er en oransje dverg noe kjøligere og av samme alder som vår sol. At en så massiv og kald planet går i bane rundt en stjerne av denne typen gir astronomer muligheten til Undersøk prosesser for planetarisk dannelse og atmosfærisk evolusjon i sammenhenger som er svært lik og likevel langt fra vår egen..
Ifølge forskeren Caroline Morley (University of Texas at Austin), til nå hadde tilstedeværelsen av Epsilon Indi Ab bare blitt utledet indirekte analyse. Å velge det som et prioritert mål for James Webb-teleskopet var som svar på forventningen om å finne en planet "mer lik Jupiter enn noen annen fotografert så langt."
Hovedforfatteren, Elisabeth Matthews (Max Planck Institute for Astronomy, Tyskland), påpeker at de fleste av eksoplanetene som er observert direkte til dags dato, var unge, varme kropper. "Når planetene avkjøles og trekker seg sammen i løpet av livet, blir de mye mindre lysende og vanskeligere å studere," forklarer Matthews. Dette er en av hovedutfordringene for moden eksoplanet astrofysikk.
Epsilon Indi Ab er derfor en sjelden mulighet til å undersøke en gassgigant på et avansert evolusjonsstadium, likt det til større kropper i vårt eget solsystem.
Det mest interessante for eksperter er muligheten for analysere atmosfærisk sammensetning nøyaktig. Epsilon Indi Ab er bare rundt 100 grader varmere enn Jupiter og Saturn, noe som gjør det mulig å sammenligne storskala avkjølings-, sammentreknings- og atmosfæriske renseprosesser. I tillegg, sammenlignet med frittflytende brune dverger, er Epsilon Indi Ab enda kjøligere, noe som lar oss studere hvor nært gjeldende modeller reflekterer observert virkelighet.
Det overrasker selv forskerne selv
Selv om tilstedeværelsen av Epsilon Indi Ab var blitt forutsagt av de radielle hastighetsmønstrene til stjernen, dens virkelige parametere forvirret laget. Planeten viste seg å ha – ifølge observasjoner fra Webb – nesten det dobbelte av den forventede massen, bane noe lenger fra stjernen sin, og beskrive en annen bane enn først forutsagt. Denne diskrepansen mellom teoretiske spådommer og direkte målinger fremhever kompleksiteten til planetariske systemer og behovet for å studere flere felttilfeller med reelle data.
Teamet peker også på noen atmosfæriske særegenheter som gjør dataene vanskelige å tolke. I følge innledende analyser er Epsilon Indi Ab mindre lyssterk enn forventet ved kortere bølgelengder, noe som kan skyldes en atmosfære tungt lastet med metan og andre absorberende gasser eller et tett skydekke. Denne oppførselen, uvanlig for planeter med lignende egenskaper, åpner for nye forskningslinjer på de kjemiske og fysiske prosessene som kontrollerer planetariske atmosfærer under ekstreme temperaturforhold.
For øyeblikket har gruppen begrensede fotometriske målinger, og ytterligere spektroskopiske observasjoner vil være nødvendig for å fastslå nøyaktig hvilke komponenter som dominerer atmosfæren og hvordan de påvirker strålingsfluksen.
