James Webb Space Telescope har fanget sine første direkte billeder af kuldioxid på en planet uden for solsystemet i HR 8799, et multiplanet-system 130 lysår væk, der længe har været et centralt mål for planetdannelsesundersøgelser.
Observationer giver stærke bevis for, at systemets fire gigantiske planeter dannet på omtrent samme måde som Jupiter og Saturn ved langsomt at bygge solide kerner. De bekræfter også, at Webb kan gøre mere end at udlede atmosfærisk sammensætning fra Starlight -målinger – det kan direkte analysere kemi af exoplanet -atmosfærer.
“Ved at opdage disse stærke kuldioxidfunktioner har vi vist, at der er en betydelig brøkdel af tungere elementer, såsom kulstof, ilt og jern, i disse planeter ‘atmosfærer. I betragtning af hvad vi ved om stjernen, de kredser, som sandsynligvis indikerer, at de blev dannet via kerne -akkretion, som for planeter, som vi kan se, er en spændende konklusion,” sagde William Balmer, en Johns -hopkiner, som astrophyerne ledede, hvem der ledte, hvem vi kan se, er en spændende konklusion, ”sagde William Balmer, en Johns Hopkins universitets universitet.
En analyse af observationer, der også omfattede et system 96 lysår væk kaldet 51 Eridani, vises i The Astrophysical Journal.
HR 8799 er et ungt system omkring 30 millioner år gammelt, en brøkdel af vores solsystemets 4,6 milliarder år. Stadig varm fra deres voldelige dannelse udsender HR 8799 -planeter store mængder af infrarødt lys, der giver forskere værdifulde data om, hvordan deres dannelse sammenlignes med stjerner eller brune dværge.
Giant -planeter kan tage form på to måder: ved langsomt at bygge faste kerner, der tiltrækker gas, som vores solsystem, eller ved hurtigt at kollapse fra en ung stjerners køledisk til massive genstande. At vide, hvilken model der er mere almindelig, kan give forskere ledetråde til at skelne mellem de typer planeter, de finder i andre systemer.
“Vores håb med denne form for forskning er at forstå vores eget solsystem, liv og os selv i sammenligning med andre eksoplanetære systemer, så vi kan kontekstualisere vores eksistens,” sagde Balmer. “Vi vil tage billeder af andre solsystemer og se, hvordan de er ens eller forskellige sammenlignet med vores. Derfra kan vi prøve at få en fornemmelse af, hvor underligt vores solsystem virkelig er – eller hvor normalt.”
Meget få eksoplaneter er blevet direkte afbildet, da fjerne planeter er mange tusinder af gange svagere end deres stjerner. Ved at optage direkte billeder ved specifikke bølgelængder, der kun er tilgængelige med Webb, baner teamet vejen for mere detaljerede observationer for at bestemme, om de objekter, de ser kredsløb af andre stjerner, virkelig er kæmpe planeter eller genstande som brune dværge, som danner som stjerner, men ikke akkumulerer nok masse til at antænde nuklearfusion.
“Vi har andre bevislinjer, der antyder disse fire HR 8799-planeter, der dannes ved hjælp af denne bottom-up-tilgang,” sagde Laurent Pueyo, en astronom ved Space Telescope Science Institute, der co-ledede værket.
“Hvor almindeligt er dette for planeter i lang periode, vi kan direkte forestille os? Vi ved ikke endnu, men vi foreslår flere Webb -observationer, inspireret af vores kuldioxiddiagnostik, til at besvare det spørgsmål.”
Opnåelsen blev muliggjort af Webbs koronafsnit, der blokerer lys fra lyse stjerner, som sker i en solformørkelse for at afsløre ellers skjulte verdener. Dette gjorde det muligt for teamet at kigge efter infrarødt lys i bølgelængder, der afslører specifikke gasser og andre atmosfæriske detaljer.
Målretning af 3-5 mikrometer bølgelængdeområdet fandt teamet, at de fire HR 8799-planeter indeholder mere tunge elementer end tidligere antaget, et andet tip om, at de dannede sig på samme måde som vores solsystemets gasgiganter.
Observationer afslørede også den første detektion af den inderste planet, HR 8799 E, ved en bølgelængde på 4,6 mikrometer og 51 Eridani B ved 4,1 mikrometer, hvilket viser Webbs følsomhed ved at observere svage planeter tæt på lyse stjerner.
I 2022 detekterede en af Webbs vigtigste observationsteknikker indirekte kuldioxid i en anden exoplanet, WASP-39 B, ved at spore, hvordan dens atmosfære ændrede stjernelys, da det gik foran sin stjerne.
“Dette er, hvad forskere har gjort for at transitere planeter eller isolerede brune dværge siden lanceringen af JWST,” sagde Pueyo.
Rémi Soummer, der leder Optics Laboratory på Space Telescope Science Institute og tidligere førte Webbs Coronagraph -operationer, tilføjede, “Vi vidste, at JWST kunne måle farver på de ydre planeter i direkte afbildede systemer. Vi har ventet i 10 år for at bekræfte, at vores finjusterede operationer i teleskopet også ville give os mulighed for at få adgang til de indre planeter.
“Nu er resultaterne i, og vi kan gøre interessant videnskab med det.”
Holdet håber at bruge Webbs koronafsnit til at analysere flere gigantiske planeter og sammenligne deres sammensætning med teoretiske modeller.
“Disse gigantiske planeter har temmelig store konsekvenser,” sagde Balmer.
“Hvis du har disse enorme planeter, der fungerer som bowlingkugler, der løber gennem dit solsystem, kan de enten virkelig forstyrre, beskytte eller gøre lidt af begge dele til planeter som vores, så det er mere at forstå mere om deres dannelse et afgørende skridt til at forstå dannelse, overlevelse og beboelighed af jordlignende planeter i fremtiden.”