Een internationaal team van astronomen heeft met behulp van NASA's James Webb ruimtetelescoop een exoplaneet op ongeveer 12 lichtjaar van de aarde in beeld gebracht. De planeet, Epsilon Indi Ab, is een van de koudste exoplaneten die tot nu toe zijn waargenomen. De planeet heeft een massa die enkele malen groter is dan die van Jupiter en draait om de K-type ster Epsilon Indi A (Eps Ind A), die ongeveer even oud is als onze zon, maar iets koeler. Het team heeft Epsilon Indi Ab waargenomen met de coronagraaf van Webb's MIRI (Mid-Infrarood Instrument).
Slechts enkele tientallen exoplaneten zijn eerder rechtstreeks in beeld gebracht door observatoria in de ruimte en op de grond. “Onze eerdere waarnemingen van dit systeem waren meer indirecte metingen van de ster, waardoor we eigenlijk al van tevoren konden zien dat er waarschijnlijk een reuzenplaneet in dit systeem aan de ster trok,” zei teamlid Caroline Morley van de Universiteit van Texas in Austin. “Daarom koos ons team dit systeem om als eerste te observeren met Webb.” “Deze ontdekking is spannend omdat de planeet veel op Jupiter lijkt - hij is iets warmer en massiever, maar lijkt meer op Jupiter dan elke andere planeet die tot nu toe in beeld is gebracht,” voegde hoofdauteur Elisabeth Matthews van het Max Planck Instituut voor Astronomie in Duitsland toe.
Een zonnestelsel analoog
Exoplaneten die al eerder in beeld zijn gebracht, zijn meestal de jongste, heetste exoplaneten die nog veel energie uitstralen van toen ze werden gevormd. Naarmate planeten tijdens hun leven afkoelen en krimpen, worden ze aanzienlijk zwakker en dus moeilijker af te beelden. “Koude planeten zijn erg zwak en het grootste deel van hun straling bevindt zich in het midden-infrarood,” legt Matthews uit. “Webb is bij uitstek geschikt voor beeldvorming in het midden-infrarood, wat vanaf de grond heel moeilijk is. We hadden ook een goede ruimtelijke resolutie nodig om de planeet en de ster van elkaar te kunnen scheiden in onze beelden, en de grote spiegel van Webb is hierbij zeer nuttig.” Epsilon Indi Ab is een van de koudste exoplaneten die direct is gedetecteerd, met een geschatte temperatuur van 35 graden Fahrenheit (2 graden Celsius) - kouder dan alle andere in beeld gebrachte planeten buiten ons zonnestelsel, en kouder dan alle vrij zwevende bruine dwergen, op één na. De planeet is slechts ongeveer 100 graden Celsius warmer dan gasreuzen in ons zonnestelsel. Dit biedt astronomen een zeldzame kans om de samenstelling van de atmosfeer van echte zonnestelselanalogen te bestuderen. “Astronomen fantaseren al tientallen jaren over planeten in dit systeem; fictieve planeten die rond Epsilon Indi draaien zijn al onderwerp geweest van Star Trek afleveringen, romans en videogames zoals Halo,” voegt Morley toe. “Het is spannend om daar nu zelf een planeet te zien en de eigenschappen ervan te gaan meten.”
Niet helemaal zoals voorspeld
Epsilon Indi Ab is de twaalfde tot nu toe bekende exoplaneet die het dichtst bij de aarde staat en de dichtstbijzijnde planeet met een grotere massa dan Jupiter. Het wetenschappelijke team koos ervoor om Eps Ind A te bestuderen omdat het systeem hints vertoonde van een mogelijk planetair lichaam met behulp van een techniek die radiale snelheid wordt genoemd, die de heen-en-weer wiebelingen van de gastheerster langs onze gezichtslijn meet. “Hoewel we verwachtten dat we een planeet in dit systeem zouden zien, omdat er radiale snelheidsindicaties waren voor de aanwezigheid ervan, is de planeet die we vonden niet wat we hadden voorspeld,” deelde Matthews. “Hij is ongeveer twee keer zo zwaar, staat iets verder van zijn ster en heeft een andere baan dan we hadden verwacht. De oorzaak van deze discrepantie blijft een open vraag. De atmosfeer van de planeet lijkt ook iets anders te zijn dan de modelvoorspellingen. Tot nu toe hebben we slechts een paar fotometrische metingen van de atmosfeer, wat betekent dat het moeilijk is om conclusies te trekken, maar de planeet is zwakker dan verwacht op kortere golflengten.”
Het team denkt dat dit kan betekenen dat er veel methaan, koolmonoxide en kooldioxide in de atmosfeer van de planeet zit die de kortere golflengten van het licht absorberen. Het zou ook kunnen duiden op een zeer bewolkte atmosfeer. De directe beeldvorming van exoplaneten is bijzonder waardevol voor karakterisering. Wetenschappers kunnen direct licht van de waargenomen planeet verzamelen en de helderheid op verschillende golflengten vergelijken. Tot nu toe heeft het wetenschappelijke team Epsilon Indi Ab slechts op enkele golflengten waargenomen, maar ze hopen de planeet in de toekomst opnieuw te kunnen bezoeken met Webb om zowel fotometrische als spectroscopische waarnemingen te doen. Ze hopen ook andere soortgelijke planeten te detecteren met Webb om mogelijke trends te ontdekken over hun atmosferen en hoe deze objecten zich vormen. NASA's aankomende Nancy Grace Roman ruimtetelescoop zal een coronagraaf gebruiken om directe beeldvormingstechnologie te demonstreren door Jupiter-achtige werelden te fotograferen die rond zonachtige sterren draaien - iets wat nog nooit eerder is gedaan. Deze resultaten zullen de weg vrijmaken voor toekomstige missies om werelden te bestuderen die nog meer op de aarde lijken.
Deze resultaten zijn genomen met Webb's Cycle 1 General Observer programma 2243 en zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature. De James Webb Space Telescope is 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost mysteries op in ons zonnestelsel, kijkt verder naar verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma dat wordt geleid door NASA met zijn partners ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency).
Bron: NASA/JWST
