Das James-Webb-Weltraumteleskop hat seinen bisher masseärmsten extrasolaren Planeten außerhalb des Sonnensystems direkt abgebildet. Der Planet ist seinem Stern auch am nächsten und wurde vom 10-Milliarden-Dollar-Weltraumteleskop direkt beobachtet.
Die Aufnahme war ein „Wettlauf gegen die Zeit“, bei dem der extrasolare Planet oder „Exoplanet“ im Begriff war, hinter dem blendenden Licht seines Muttersterns zu verschwinden, vielleicht für ein Jahrzehnt.
Der Planet AF Leporis b (AF Lep b) ist kein Unbekannter darin, Rekorde aufzustellen. Im Jahr 2023 wurde dieser extrasolare Planet oder „Exoplanet“ der Planet mit der geringsten Masse außerhalb des Sonnensystems, der durch direkte Beobachtung entdeckt wurde. Anschließend wurde er zum Planeten mit der geringsten Masse, dessen Masse mittels „Astrometrie“ gemessen wurde, einer Technik, die die Bewegung eines Sterns über viele Jahre hinweg überwacht, um „Wackelbewegungen“ zu identifizieren, die durch die Anziehungskraft eines umlaufenden Planeten verursacht werden.
AF Lep b ist ein junger Exoplanet, dessen Alter auf nur 23 Millionen Jahre geschätzt wird. Wenn das uralt klingt, bedenken Sie, dass die Erde schätzungsweise 4,6 Milliarden Jahre alt ist. AF Lep b hat eine Masse, die etwa 3,2-mal so groß ist wie die des Jupiters, und eine Breite, die etwa 1,2-mal so groß ist wie die des Gasriesen des Sonnensystems.
„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“, sagte Kyle Franson, Forscher an der University of Texas in Austin, in einer Erklärung. „Und wir beobachten bei längeren Wellenlängen, was dazu führt, dass Objekte unschärfer aussehen. Es wird schwierig, eine Quelle von einer anderen zu trennen, wenn sie so nahe beieinander erscheinen.“
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Doch weil AF Lep b 88 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, erscheint es dem James Webb Space Telescope (JWST) immer noch als kaum mehr als ein Fleck. Glücklicherweise können Astronomen aus einem solchen „Fleck“ eine Menge lernen.
Ein Glühwürmchen auf einem Leuchtturm
Seit der Entdeckung des ersten Exoplaneten in den 1990er Jahren ist der Exoplanetenkatalog auf über 6.000 Einträge angewachsen, Tausende weitere müssen noch bestätigt werden. Allerdings wurden nur sehr wenige davon direkt abgebildet.
Die meisten Exoplaneten werden anhand ihrer Wirkung auf ihren Mutterstern erkannt, entweder wenn sie das Licht blockieren, wenn sie die Oberfläche ihres Sterns überqueren, oder durch die Gravitationskräfte, die sie auf diesen Stern ausüben.
Das liegt daran, dass bei Betrachtung aus vielen Lichtjahren Entfernung der Winkelabstand zwischen Exoplaneten und ihren Muttersternen sehr klein wird, wodurch sie schwer zu unterscheiden sind und vom Licht ihrer Sterne überstrahlt werden. Man kann sich das so vorstellen, als würde man auf dem Deck eines Schiffes vor der Küste stehen und versuchen, das Licht eines Glühwürmchens zu sehen, das auf der beleuchteten Lampe eines Leuchtturms sitzt.
Das JWST verfügt über einen Vorteil bei der Beobachtung von Exoplaneten um ihre Sterne, ein Instrument namens Koronograph. Dadurch wird das Licht eines Sterns blockiert, sodass Planeten, die ihn umkreisen, leichter beobachtet werden können. AF Lep b ist ein guter Kandidat für eine solche Beobachtung, da sein „Glühwürmchenglühen“ als sehr junger Planet stark ist.
Das Team wollte mehr über die Atmosphäre dieses Exoplaneten erfahren, da Welten wie AF Lep b mit ähnlichen Massen wie die Gasriesen des Sonnensystems selten sind. Doch dazu musste das Team schnell handeln.
Dieser Wettlauf gegen die Zeit entstand für diese Astronomen, weil der ferne Gasriese derzeit von seinem Stern aus etwa achtmal so weit von der Erde und der Sonne entfernt ist, seine Umlaufbahn aus unserer Sicht jedoch immer näher an den Stern heranrückt.
In seiner aktuellen Entfernung von seinem Stern blockiert der Koronograph 90 % des Lichts von AF Lep, aber je näher der Planet seinem Stern kommt, desto mehr werden blockiert, bis der Planet selbst dann nicht mehr vom JWST gesehen werden kann Werkzeug.
Das Team hätte warten können, bis AF Lep b von der anderen Seite des Sterns auftaucht, aber bei einer Umlaufbahn von 25 Erdjahren könnte es über ein Jahrzehnt dauern, bis dies möglich wird.
„Die gängige Meinung besagt, dass JWST empfindlicher auf Planeten mit geringerer Masse auf weiten Umlaufbahnen reagiert als bodengestützte Einrichtungen, aber vor dem Start war nicht klar, ob es bei kleinen Abständen konkurrenzfähig sein würde“, sagte Teammitglied und Universitätsmitarbeiter sagte der texanische Astronom Brendan Bowler in der Erklärung. „Wir bringen die Instrumentierung hier wirklich an ihre Grenzen.“
Das Team entdeckte aus seinen Beobachtungen, dass AF Lep b eine sehr aktive Atmosphäre hat, in der Konvektionsströme Elemente zwischen seiner unteren und oberen Ebene vermischen. Das Team entdeckte außerdem viel mehr Kohlenmonoxid als erwartet in der Umgebung von AF Lep b. Sie vermuten, dass starke Aufwinde die einzige Möglichkeit wären, dieses Gas in die obere Atmosphäre des Planeten zu befördern.
Für das Team war es aufregend, mehr über diesen Exoplaneten zu erfahren, aber vielleicht noch aufregender ist, dass diese Beobachtungen überhaupt möglich waren. Die Forschung ist ein weiterer Beweis dafür, dass das JWST seine Erwartungen übertrifft.
„Im Großen und Ganzen wurden diese Daten im zweiten Betriebsjahr von JWST erfasst“, schloss Bowler. „Es geht nicht nur um die Planeten, die wir jetzt kennen. Es geht auch um die Planeten, die wir bald entdecken (werden). Dies ist ein Vorgeschmack auf einige der aufregenden Arbeiten, die wir in den kommenden Jahren sehen werden.“
„Es kommt noch viel mehr.“
Die Forschungsergebnisse des Teams werden im Astrophysical Journal veröffentlicht.
