Космический телескоп Джеймса Уэбба получил первые изображения экзопланеты в далёком космосе

Задолго до своего запуска, который состоялся в декабре прошлого года, космический телескоп Джеймса Уэбба был провозглашен телескопом, который покажет нам далекие миры в беспрецедентных деталях.

На этой неделе он начал выполнять это обещание, отправив первую партию изображений экзопланеты, продемонстрировав нам далекий и вероятно очень холодный газовый гигант. Изображения визуально менее захватывающие, чем предыдущие фотографии космического телескопа, но информация, которую они содержат и возможности, которые они представляют, еще более невероятны.

Команда астрономов под руководством Саши Хинкли из Эксетерского университета использовала два инструмента Уэбба, MIRI и NIRCam, чтобы получить фотографии газового гиганта под кодовым названием HIP 65426 b, который вращается вокруг звезды, удаленной на 349 световых лет от нашего Солнца. Благодаря изображениям и данным Уэбба мы теперь знаем, что HIP 65426 b приблизительно в 7 раз массивнее нашего Юпитера.

Хинкли и его коллеги использовали четыре разных фильтра, чтобы сфотографировать экзопланету в разных длинах волн инфракрасного света. Благодаря небольшим различиям в оптике каждого фильтра, сгусток света, представляющий собой далекий газовый гигант, на каждом изображении имеет немного разную форму.

Экзопланета HIP 65426 b, которая отфильтрована в четырех различных инфракрасных длинах волн. Поскольку это газовый гигант, HIP 65426 b не является обитаемым миром и он так далеко от своей звезды, что даже если у него есть спутники, на них вряд ли может быть жизнь. Экзопланета вращается вокруг своей звезды на расстоянии, в 100 раз превышающем расстояние между Землей и Солнцем.

Это в 20 раз дальше, чем Юпитер и примерно в 2,5 раза дальше, чем Плутон. Ближайшим сравнением в нашей Солнечной системе является карликовая планета Седна, расположенная в ледяных пределах пояса Койпера и которая в 90 раз дальше от Солнца, чем Земля. Представьте себе Седну — холодную и удаленную от своей звезды — как газовый гигант и у вас появится представление о том, на что может быть похожа HIP 65426 b.

Для астрономов здесь на Земле, расстояние между газовым гигантом и его звездой делает планету более легкой для наблюдения и изучения. На больших расстояниях телескопам, таким как Уэбб и серверам программного обеспечения для обработки данных, которые превращают их данные в изображения, легче отделить свет экзопланеты от гораздо более яркого света ее родительской звезды.

Коронографы — фильтры, которые блокируют звездный свет — также помогают Уэббу отображать экзопланеты, такие как HIP 65426 b, которая в тысячи раз тусклее своей звезды в среднем и ближнем инфракрасном диапазоне.

И в результате Уэбб получил первое изображение экзопланеты. Спектр света, измеренный от другой экзопланеты, WASP-96 b, был одним из первых наблюдений Уэбба, опубликованных в июле, но это не демонстрировало реальную картину планеты. С HIP 65426 b мы получаем реальные изображения, хотя и несколько размытые.

Вот предыстория — астрономы обнаружили HIP 65426 b в 2017 году и сделали несколько инфракрасных фотографий с более низким разрешением с помощью Очень большого телескопа (над названием этого телескопа сильно не заморачивались) базируется он на Земле, в пустыне Атакама на севере Чили. Но более чувствительные приборы Уэбба и его точка обзора значительно выше теплого инфракрасного свечения земной атмосферы. Это позволило сделать снимки, которые раскрывают гораздо больше деталей о далеком газовом гиганте.

По словам Хинкли и его коллег, изображения также показывают, что телескоп работает даже лучше, чем надеялись его разработчики. Глядя на такие экзопланеты, как HIP 65426 b, Уэбб кажется примерно в 10 раз более чувствительным, чем ожидали астрономы.

«Основной движущей силой этих улучшений, вероятно является улучшение общих оптических характеристик и стабильности JWST по сравнению с ожиданиями», — пишут Хинкли и его коллеги в статье, которую они представили для экспертной оценки. Другими словами, теперь, когда Уэбб действительно находится в космосе, он более стабилен и фокусируется лучше, чем предсказывали симуляции здесь, на Земле, а это означает, что он может обеспечить более четкое и детальное представление о Вселенной.

Измерения длин волн света, фильтрующих атмосферу экзопланеты WASP-96 b.

Почему это важно. Если мы хотим узнать больше об атмосферах экзопланет, у нас есть два варианта (на данный момент).

Во-первых, астрономы могут наблюдать за планетами, которые вращаются очень близко к маленьким тусклым звездам, называемыми красными карликами. Когда планета проходит перед своей звездой-хозяином, такие телескопы, как Уэбб, могут измерить, как меняется спектр света, исходящего от звезды, что может раскрыть информацию о химическом составе атмосферы экзопланеты. У нескольких исследовательских групп уже есть время, запланированное на Джеймсе Уэббе, чтобы сделать именно это, в том числе с несколькими скалистыми, похожими на Землю мирами, которые вращаются в обитаемой зоне красного карлика под названием TRAPPIST-1.

Во-вторых, астрономы могут получать реальные изображения и спектры больших экзопланет, которые вращаются очень далеко от своих звезд-хозяев, таких как HIP 65426 b. На таких планетах вряд ли может быть жизнь, но они могут пролить свет на то, как формируются и развиваются планетарные системы.

Далекие газовые гиганты, как объясняют Хинкли и его коллеги, «легче обнаружить в более молодом возрасте, когда они с меньшей вероятностью испытали значительную миграцию или аккрецию».

В нашей собственной Солнечной системе очень вероятно, что Юпитер сформировался дальше от Солнца, чем находится сейчас, затем мигрировал внутрь, где-то вокруг текущей орбиты Марса, а затем изменил курс, чтобы вернуться к своему нынешнему месту.

Но нашей Солнечной системе около 4,5 миллиардов лет, в то время как HIP 65426 b и ее родительской звезде всего 15 или 20 миллионов лет. Взгляд на HIP 65426 b немного напоминает взгляд на Юпитер до того, как он мигрировал (и в процессе подтолкнул остальную часть Солнечной системы).

Что дальше? Хинкли и его коллеги также визуализируют изображения нескольких других систем с помощью телескопа Джеймсв Уэбба. И в статье, которую они недавно представили для научного мира, Хинкли и его коллеги рассказали, что этот процесс рассказал им о возможностях телескопа и о том, как астрономы могут извлечь из него максимальную пользу для этого конкретного типа наблюдений. Изучение экзопланеты HIP 65426 b было частью программы Webb Early Release Science (ERS).

Это означает, что будущие наблюдения за экзопланетами выиграют от того, чему научились Хинкли и его коллеги, начиная с наилучших методов наблюдения и заканчивая обработкой данных. У них также будет лучшее представление о реальных возможностях Уэбба, поэтому в будущем мы можем увидеть более амбициозные изображения.