JWST erfasst seine ersten direkten Bilder von Kohlendioxid außerhalb des Sonnensystems

Das James Webb Space Telescope hat seine ersten direkten Bilder von Kohlendioxid in einem Planeten außerhalb des Sonnensystems in der HR 8799 aufgenommen, einem Multi-Leuchtjahres-Jährige, das seit langem ein wesentliches Ziel für Studien zur Formation von Planeten ist.

Die Beobachtungen liefern starke Beweise dafür, dass sich die vier riesigen Planeten des Systems auf die gleiche Weise wie Jupiter und Saturn gebildet haben, indem sie langsam feste Kerne bauen. Sie bestätigen auch, dass Webb mehr als nur die atmosphärische Zusammensetzung aus Sternenmessungen schließen kann – es kann die Chemie von exoplaneten Atmosphären direkt analysieren.

„Durch das Erkennen dieser starken Kohlendioxidmerkmale haben wir gezeigt, dass es in den Atmosphären dieser Planeten einen beträchtlichen Bruchteil schwererer Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen gibt.

Eine Analyse der Beobachtungen, die auch ein System 96 Lichtjahre enthielt, das als 51 Eridani bezeichnet wird, erscheint in Das Astrophysical Journal.

HR 8799 ist ein junges System, das ungefähr 30 Millionen Jahre alt ist, ein Bruchteil der 4,6 Milliarden Jahre unseres Sonnensystems. HR 8799 Planeten sind noch heiß aus ihrer gewalttätigen Formation und geben große Mengen an Infrarotlicht aus, die Wissenschaftlern wertvolle Daten darüber geben, wie ihre Formation mit der von Sternen oder braunen Zwergen verglichen wird.

Riesenplaneten können auf zwei Arten Gestalt annehmen: durch langsam feste Kerne, die Gas wie unser Sonnensystem anziehen, langsam bauen oder schnell von der Kühlscheibe eines jungen Sterns in massive Objekte zusammenbrechen. Zu wissen, welches Modell häufiger vorkommt, kann Wissenschaftlern Hinweise geben, um zwischen den in anderen Systemen findenden Planeten zu unterscheiden.

„Unsere Hoffnung mit dieser Art von Forschung ist es, unser eigenes Sonnensystem, unser Leben und uns selbst im Vergleich zu anderen exoplanetären Systemen zu verstehen, damit wir unsere Existenz kontextualisieren können“, sagte Balmer. „Wir wollen Fotos von anderen Sonnensystemen machen und sehen, wie ähnlich oder unterschiedlich sie im Vergleich zu unserer sind. Von dort aus können wir versuchen, ein Gefühl dafür zu bekommen, wie seltsam unser Sonnensystem wirklich ist – oder wie normal.“

Es wurden nur sehr wenige Exoplaneten direkt abgebildet, da entfernte Planeten viele tausendmal schwächer sind als ihre Sterne. Durch die Aufnahme von direkten Bildern bei bestimmten Wellenlängen, die nur mit dem Webb zugänglich sind, ebnet das Team den Weg für detailliertere Beobachtungen, um festzustellen, ob die Objekte, die sie sehen, andere Sterne umkreisen, wirklich riesige Planeten oder Objekte wie braune Zwerge, die sich wie Sterne wie Sterne bilden, aber nicht genug Masse ansammeln, um die Kernfusion zu entzünden.

„Wir haben andere Beweise, die auf diese vier HR 8799-Planeten hinweisen, die sich mit diesem Bottom-up-Ansatz bilden“, sagte Laurent Pueyo, Astronom am Space Telescope Science Institute, der die Arbeiten leitete.

„Wie häufig ist dies für lange Zeitplaneten, die wir direkt ausrichten können? Wir wissen es noch nicht, aber wir schlagen mehr Webb -Beobachtungen vor, die von unserer Kohlendioxiddiagnostik inspiriert sind, um diese Frage zu beantworten.“

Die Leistung wurde durch Webbs Coronagraphs ermöglicht, die Licht aus hellen Sternen blockieren, wie in einer Sonnenfinsternis, um ansonsten versteckte Welten zu enthüllen. Dies ermöglichte es dem Team, nach Infrarotlicht in Wellenlängen zu suchen, die bestimmte Gase und andere atmosphärische Details aufdecken.

Das Team zielte auf den 3-5-Mikrometerwellenlängenbereich und stellte fest, dass die vier HR 8799-Planeten schwerere Elemente enthalten als bisher angenommen, ein weiterer Hinweis, den sie auf die gleiche Weise wie die Gasriesen unseres Sonnensystems gebildet haben.

Die Beobachtungen zeigten auch den ersten Nachweis des innersten Planeten, HR 8799 E, bei einer Wellenlänge von 4,6 Mikrometern und 51 Eridani B bei 4,1 Mikrometern, wobei die Sensibilität von Webb bei der Beobachtung schwacher Planeten in der Nähe heller Sterne vorliegt.

Im Jahr 2022 erkannte eine der wichtigsten Beobachtungstechniken von Webb indirekt Kohlendioxid in einem anderen Exoplanet, der als WASP-39 B bezeichnet wurde, indem er verfolgte, wie seine Atmosphäre das Sternenlicht veränderte, als es vor seinem Stern passierte.

„Das haben Wissenschaftler seit dem Start von JWST für Transiting Planeten oder isolierte braune Zwerge getan“, sagte Pueyo.

Rémi Soumer, der das Optics Laboratory am Space Telescope Science Institute leitet und zuvor die Coronagraph -Operationen von Webb leitete, fügte hinzu: „Wir wussten, dass JWST die Farben der äußeren Planeten in direkten abgebildeten Systemen messen kann. Wir haben seit 10 Jahren darauf gewartet, dass unsere fein abgestimmten Operationen des Telescops uns auch auf den Zugang zu den Inneren auf die Inneren zugreifen können.

„Jetzt sind die Ergebnisse in und wir können damit interessante Wissenschaft machen.“

Das Team hofft, die Coronagraphs von Webb zu verwenden, um mehr riesige Planeten zu analysieren und ihre Komposition mit theoretischen Modellen zu vergleichen.

„Diese riesigen Planeten haben ziemlich große Auswirkungen“, sagte Balmer.

„Wenn Sie diese riesigen Planeten wie Bowlingbälle verhalten, die durch Ihr Sonnensystem laufen, können sie entweder wirklich stören, schützen oder ein wenig für Planeten wie unsere tun. Daher ist es ein entscheidender Schritt, die Bildung, das Überleben und die Hebabilität von Erden in der Zukunft in Zukunft zu verstehen.“