Mit Hilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) ist es einem internationalen Wissenschaftlerteam, darunter zwei Forschern des Observatoriums von Paris - PSL, gelungen, ein gemäßigtes Super-Jupiter zu bildlich darzustellen. Dieser Planet umkreist einen sonnennahen Stern, der nur 12 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt ist. Diese Arbeiten wurden in der Zeitschrift Nature am 24. Juli 2024 veröffentlicht.
Die als Epsilon Indi Ab bezeichnete Exoplanet umkreist Eps Ind A, einen Stern, der etwas kleiner und kühler als unsere Sonne ist, jedoch derselben Altersklasse angehört.
Bis heute sind nur wenige kalte Gasriesen bekannt, die Sterne im Alter der Sonne umkreisen. Alle diese Planeten wurden indirekt durch Messung der Radialgeschwindigkeiten entdeckt. Tatsächlich werden Planeten, wenn sie sich im Laufe ihrer Entwicklung abkühlen und zusammenziehen, deutlich weniger leuchtkräftig und daher schwieriger abzubilden.
Künstlerische Darstellung eines kalten Gasriesen in Umlaufbahn um einen roten Zwerg.
Bildnachweis: T. Müller (MPIA/HdA) Es war genau durch die Methode der Radialgeschwindigkeiten, dass die Anwesenheit von Eps Ind Ab, einem Gasriesen, der Jupiter ziemlich ähnlich ist, jedoch etwas massereicher, identifiziert wurde. Aber in diesen früheren Arbeiten, die auf einer unzureichenden zeitlichen Abdeckung der Umlaufbahn basierten, wurden die Masse der Exoplanete und die Umlaufentfernung zu ihrem Stern unterschätzt.
Eps Ind Ab benötigt tatsächlich etwa 200 Jahre, um einen vollständigen Umlauf um seinen Stern zu machen. Die Beobachtungen über einige Jahre waren daher unzureichend, um seine Umlaufbahn genau zu bestimmen.
Um die Umlaufbahn dieses Planeten genauer zu charakterisieren, hat ein
Astronomenteam unter der Leitung des MPIA und unter Beteiligung zweier Forscher des Observatoriums von Paris - PSL einen anderen Ansatz zur Detektion erwogen: die direkte Bildgebung. Diese Messung wurde durch die beispiellosen Bildgebungsfähigkeiten des JWST im thermischen Infrarotbereich ermöglicht.
Das MIRI-Koronograf, ein Instrument basierend auf dem Know-how des Observatoriums von Paris - PSL. Das Team beschloss,
die MIRI-Kamera (Mid-Infrared Instrument) des JWST, ausgestattet mit einem am LESIA des Observatoriums von Paris - PSL in Zusammenarbeit mit dem CEA entwickelten Koronografen, zu verwenden. Der Phasenmaske des Instruments dämpft das Licht des Sterns, indem eine künstliche Sonnenfinsternis erzeugt wird. Diese Beobachtungen profitierten auch von der "Nähe" (auf kosmischer Skala) von Eps Ind A zur Erde, die nur 12 Lichtjahre beträgt. Je näher der Stern, desto größer ist der Winkelabstand zur Planetenabbildung, was dazu beiträgt, die Kontamination des Sternenlichts auf die Planeten zu reduzieren. Die Wahl von MIRI erwies sich als ausgezeichnet, da das Instrument im mittleren Infrarotbereich arbeitet und kalte und schwach leuchtende Objekte zeigt.
Warum ist Eps Ind Ab interessant?
Dieser Planet ist eine der bisher kältesten beobachteten Exoplaneten. Mit einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt von Wasser ist er viel kälter als die große Mehrheit der bisher abgebildeten Exoplaneten.
Bilder aufgenommen von MIRI bei Wellenlängen des mittleren Infrarots 10,65 Mikrometer (links) und 15,55 Mikrometer (rechts).
Bildnachweis: T. Müller (MPIA/HdA), E. Matthews (MPIA) Eps Ind Ab umkreist seinen Stern Eps Ind A auf einer exzentrischen und elliptischen Umlaufbahn, deren entfernter Punkt vermutlich zwischen 20 und 40 astronomischen Einheiten liegt. Diese Umlaufbahn entspricht der von Neptun um die Sonne.
Die direkte Bildgebung von Exoplaneten ist besonders nützlich für deren Charakterisierung. Wissenschaftler können direkt ihr Licht bei verschiedenen Wellenlängen erfassen. Im Fall von Eps Ind Ab basierte die Analyse auf drei verfügbaren Bildern: zwei vom JWST/MIRI und ein weiteres, das vom VISIR-Instrument des VLT am Boden aufgenommen wurde.
Eps Ind Ab ist in kurzen Wellenlängen weniger leuchtkräftig als erwartet. Dies könnte auf das Vorhandensein erheblicher Mengen schwerer Elemente, insbesondere von Kohlenstoff, hinweisen, die zur Entstehung von Molekülen wie Methan, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid führen, die in Gasriesen häufig vorkommen. Andererseits könnte dies darauf hindeuten, dass der Planet eine wolkige Atmosphäre besitzt.
Eps Ind Ab bietet somit eine einzigartige Gelegenheit, die atmosphärische Zusammensetzung von echten Analogien des Sonnensystems zu untersuchen.
Diese von Elisabeth Matthews, Forscherin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland, geleiteten Arbeiten wurden unter dem Titel "
A temperate super-Jupiter imaged with JWST in the mid-infrared" in einem Artikel der Zeitschrift Nature vom 24. Juli 2024 veröffentlicht. DOI: 10.1038/s41586-024-07837-8
Quelle: Observatoire de Paris