Astronomen versuchen, ein Bild eines Exoplaneten in der Nähe eines Sterns aufzunehmen

Planet AF Lep b ist eine Welt voller Neuheiten. Im Jahr 2023 war er der Planet mit der geringsten Masse außerhalb unseres Sonnensystems, dessen Masse direkt beobachtet und astrometrisch gemessen werden konnte. Hierbei handelt es sich um eine Technik, die die subtilen Bewegungen eines Muttersterns über viele Jahre hinweg kartiert, um Erkenntnisse über umlaufende Begleiter, einschließlich Planeten, zu gewinnen.

Nun ist AF Lep b der Planet mit der geringsten Masse und dem kleinsten Winkelabstand – das heißt, wie nah er von der Erde aus gesehen an seinem Mutterstern ist –, der direkt vom James Webb Space Telescope (JWST) beobachtet wurde. Ergebnisse waren veröffentlicht vor kurzem in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe.

Mit 23 Millionen Jahren ist AF Lep b ein relativ junger Gasriese. (Zum Vergleich: Jupiter ist 4,6 Milliarden Jahre alt.) Das macht ihn hell und daher ein großartiger Kandidat für die Beobachtung. Allerdings musste das Team, das mehr über den Planeten erfahren wollte – angeführt von den Doktoranden Kyle Franson von der University of Texas in Austin und William Balmer von der Johns Hopkins University – gegen die Zeit antreten, um ihn zu erobern. Das liegt daran, dass er sich in seiner Umlaufbahn seinem Mutterstern nähert. Je näher es kommt, desto schwieriger wird es, es zu beobachten.

„AF Lep b befindet sich direkt am inneren Rand der Erkennbarkeit. Obwohl es außerordentlich empfindlich ist, ist JWST kleiner als unsere größten Teleskope auf der Erde“, erklärte Franson. „Und wir beobachten bei längeren Wellenlängen, was dazu führt, dass Objekte unschärfer aussehen. Es wird schwierig, eine Quelle von der anderen zu unterscheiden, wenn sie so nahe beieinander erscheinen.“

Darüber hinaus nutzt JWST einen Koronographen, um Planeten in der Nähe ihrer Sterne zu beobachten. Dabei handelt es sich um ein Werkzeug, das das Licht des Sterns blockiert, sodass in der Nähe befindliche Objekte gesehen werden können. Bei der Winkeltrennung von AF Lep b von seinem Stern blockiert der Koronograph über 90 % des Lichts des Planeten. Je näher der Planet seinem Stern kommt, desto mehr Licht wird blockiert.

„Die gängige Meinung ist, dass JWST empfindlicher auf Planeten mit geringerer Masse auf weiten Umlaufbahnen reagiert als bodengestützte Anlagen, aber vor seinem Start war nicht klar, ob es bei kleinen Abständen konkurrenzfähig sein würde“, sagte Brendan Bowler, ein Astronom an der UT und Mitautor der Studie. „Wir bringen die Instrumentierung hier wirklich an ihre Grenzen.“

AF Lep b braucht etwa 25 Jahre, um seinen Stern zu umkreisen. Theoretisch könnten Astronomen zwar ein Bild davon auf der anderen Seite des Sterns aufnehmen, wenn er wieder sichtbar wird, aber es könnte mehr als ein Jahrzehnt dauern, bis dies möglich ist.

Um sicherzustellen, dass sie diese Gelegenheit nicht verpassen, beantragte und erhielt das Team die freie Zeit des Direktors. Dies ist die Zeit am Teleskop, die für kritische, zeitkritische Beobachtungen reserviert ist. Es ist wettbewerbsfähig, wenn Vorschläge Beobachtungszeit am JWST erhalten, und dies umso mehr unter dieser besonderen Auszeichnung.

„Dies ist das erste Director’s Discretionary Time-Programm, das von Doktoranden geleitet wird“, sagte Bowler. „Und es ist eines der wenigen im Bereich der Exoplaneten.“

„Es ist etwas ganz Besonderes, dass zwei Doktoranden in der Lage sind, all diese unglaublichen technologischen Innovationen zu nutzen“, fügte Laurent Pueyo, Astronom am Space Telescope Science Institute und Co-Autor des Artikels, hinzu.

Das Team wollte unbedingt mehr über die Atmosphäre von AF Lep b erfahren, da es ungewöhnlich ist, Planeten mit einer ähnlichen Masse wie die Gasriesen in unserem eigenen Sonnensystem direkt zu beobachten. Basierend auf ihren Beobachtungen verfügt es über eine sehr aktive Atmosphäre mit Konvektionsströmen, die Elemente zwischen seiner unteren und oberen Ebene vermischen.

„Wir haben viel mehr Kohlenmonoxid beobachtet, als wir zunächst erwartet hatten“, erklärte Balmer. „Die einzige Möglichkeit, Gas dieser Art in die obere Atmosphäre des Planeten zu befördern, sind starke Aufwinde.“

Während es spannend ist, mehr über AF Lep b zu erfahren, ist die Fähigkeit, diese Beobachtungen überhaupt zu machen, besonders bemerkenswert.

„Im Großen und Ganzen wurden diese Daten im zweiten Betriebsjahr von JWST erfasst. Es wird noch viel mehr kommen“, sagte Bowler. „Es geht nicht nur um die Planeten, die wir jetzt kennen. Es geht auch um die Planeten, die wir bald entdecken. Dies ist ein Vorgeschmack auf einige der aufregenden Arbeiten, die wir in den kommenden Jahren sehen werden.“