In een nieuwe studie gepubliceerd op 24 juli Natuur, rapporteert een team van 19 wetenschappers van over de hele wereld de ontdekking van een nieuwe superreus exoplaneet die rond de ster Eps Ind A draait. De planeet – genaamd Eps Ind Ab – werd waargenomen door de James Webb Space Telescope (JWST) en is op zijn minst zes keer de massa van Jupiter. Met een temperatuur van ongeveer -280 graden Kelvin is Eps Ind Ab de koudste exoplaneet die ooit rechtstreeks in beeld is gebracht.
Volgens co-auteur en postdoctoraal onderzoeker Elisabeth Matthews van het Max Planck Instituut voor Astronomie zijn koele superreuzenplaneten zoals Eps Ind Ab moeilijk te vinden vanwege hun onduidelijkheid en valt een groot deel van het licht dat ze uitzenden in het midden-infrarode deel van het sterrenstelsel. elektromagnetisch spectrum. Het midden-infrarood is moeilijk te bestuderen vanaf de aarde, waardoor JWST – en zijn telescopen en camera’s die juist dit deel van het EM-spectrum bestuderen – van cruciaal belang zijn voor de ontdekking.
‘Tot JWST’, zegt Matthews, ‘hadden we geen telescoop … groot genoeg om een planeet en een ster ruimtelijk van elkaar te scheiden, en gevoelig genoeg voor midden-infrarode golflengten.’
Het bestaan van een gigantische planeet rond Eps Ind A werd voor het eerst afgeleid in 2019, en verdere voorspellingen over de eigenschappen ervan werden gedaan in twee artikelen die in februari en juli 2023 werden gepubliceerd. Toen het team echter gegevens van JWST bestudeerde, ontdekten ze dat de planeet heel anders was. van wat ze verwachtten.
Eps Ind A was aanzienlijk groter en verder van zijn ster verwijderd dan wetenschappers eerder dachten. Het bracht echter ook andere mysteries met zich mee. De planeet is extreem helder in de midden-infrarode golflengten waarop JWST hem onderzocht. Zozeer zelfs dat, zoals Matthews zegt: “We waren verrast toen we erachter kwamen [it] nog niet eerder vanaf de grond ontdekt.” De meeste modellen voorspellen dat een planeet zo helder als Eps Ind Ab op deze golflengten ook helder zou zijn op andere golflengten – met name op één golflengte waarbij het Eps Ind A-systeem al in detail is bestudeerd.
Bij die waarnemingen werd Eps Ind Ab niet gedetecteerd, wat suggereert dat het niet echt helder is bij de golflengte van 4 µm. Het team speculeert dat dit zou kunnen komen doordat de atmosfeer van de planeet rijk is aan verbindingen die licht in het bereik van 4 µm absorberen. Matthews gelooft dat koolmonoxide en kooldioxide, samen met methaan, een belangrijke bijdrage kunnen leveren aan hun model. Als deze theorie klopt, zou dit betekenen dat de planeet onverwacht rijk was aan dergelijke verbindingen – wat op zijn beurt verdere vragen zou oproepen over hoe de planeet is ontstaan.
‘Het is een beetje lastig om een model te bedenken van hoe een planeet is gevormd met zoveel van deze zwaardere elementen’, zegt Matthews.
Ze waarschuwt echter dat de theorie over de aanwezigheid van deze elementen aanvullende gegevens nodig heeft voordat deze kan worden bevestigd. Het team hoopt de atmosfeer van de planeet te onderzoeken met behulp van de spectroscopische instrumenten van JWST, die directe metingen van de atmosferische samenstelling van de planeet mogelijk zouden maken.
Eps Ind Ab belooft in de toekomst intensief bestudeerd te worden. Er zijn onopgeloste vragen over de planeet zelf, dat wil zeggen over de samenstelling van zijn atmosfeer en het proces van zijn vorming. Maar er is ook het feit dat het de mogelijkheid biedt voor directe observaties van een relatief zeldzame klasse exoplaneten, waardoor het een uitstekende bron van gegevens uit de echte wereld is waartegen wetenschappers hun theoretische modellen kunnen testen.
‘Meestal kunnen we in de astronomie alleen de helderheid van sterren, bruine dwergen en planeten meten’, legt Matthews uit. “We willen vaak de massa van die objecten kunnen afleiden op basis van hun helderheid.”
Om dit te doen ontwikkelen wetenschappers modellen die helderheid en massa met elkaar in verband brengen. Deze modellen simuleren de vorming en evolutie van deze objecten, en Eps Ind Ab bood wetenschappers de eerste mogelijkheid om het thermische evolutiemodel bij een laag temperatuurbereik te testen. Zoals vermeld in het artikel waren de resultaten bemoedigend: “De beste temperatuur op aarde komt overeen met theoretische modellen van thermische evolutie.”
Ten slotte zijn Eps Ind Ab en zijn moederster door zwaartekracht gebonden aan wat het team beschrijft als een “ver van elkaar gescheiden bruine dwerg-dubbelster.” Matthews zegt dat beide bruine dwergen waarschijnlijk uit hetzelfde materiaal zijn ontstaan, en tegelijkertijd, als Eps Ind Ab en zijn moederster. Wetende dat alle vier de objecten hoogstwaarschijnlijk een oorsprong delen, zegt ze, maakt het bestuderen van de twee systemen ‘echt waardevol voor het testen van modellen van vorming en evolutie’.
JWST belooft ook meer informatie op dit gebied te verstrekken, met geplande observaties van bruine dwergen, zodat het team hun atmosferische chemie kan vergelijken met die van Eps Ind Ab.