JWST’nin İlk Exoplanet Görüntüleri Parlak Bir Gelecek Öngörüyor

James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ilk doğrudan görüntüler uzak bir yıldızın yörüngesinde dönen bir gezegenin görüntüsü. HIP 65426 b olarak bilinen gezegen, Jüpiter’den birkaç kat daha büyük bir gaz devidir ve yıldızını Neptün ile güneşimiz arasındaki mesafeden yaklaşık üç kat daha büyük bir mesafede çevreler. HIP 65426 b, yalnızca yaklaşık 15 milyon yaşında (astronomik açıdan yeni doğmuş bir bebek) ve Dünya’dan yaklaşık 350 ışıkyılı uzaklıkta.

Bu yeni gezegen fotoğraflarındaki ayrıntı seviyesinden etkilenmemiş olabilirsiniz, ancak görüntüleri çeken araştırmacılar kesinlikle etkilendi. Sonuçlar geri geldiğinde, “Simüle edilmiş bir görüntüye bakmadığımdan emin olmak zorundaydım” diyor. Sasha Hinkleyİngiltere’deki Exeter Üniversitesi’nde astrofizik profesörü olan Dr. “Beş yıl önce teklifimizi yazdığımız zamanki model resimlere benziyordu.”

HIP 65426 b’nin görüntüleri, JWST’nin teleskopun dört ana merkezinden biri olan ötegezegen çalışmaları için beklentilerin üzerinde performans gösterdiğini ortaya koyuyor. Araştırma bölgeleri. Bu, JWST’nin diğer ötegezegenleri gözlemlemek için planlanmış girişimlerinin muhtemelen araştırmacıların umduğundan daha başarılı olacağı ve astronomların gelecekteki araştırma döngülerinde JWST’nin yönetim kuruluna teklif gönderirken daha da hırslı olabileceği anlamına geliyor.

JWST, ötegezegenlerin doğrudan fotoğraflarını çeken ilk teleskop değil, ancak şimdiden en iyisi olduğunu kanıtlıyor. Hinkley, alanın geliştiğini gördü: neredeyse 20 yıldır ötegezegen görüntüleme üzerinde çalışıyor. “Bu araştırmanın teknik zorlukları gerçekten ilgimi çekti – yörüngelerinde dönen soluk gezegenlerden 10.000 veya bir milyon kat daha parlak olan bu inanılmaz derecede parlak yıldızları engellemek zorunda kalmak” diyor.

Böyle bir başarı kulağa neredeyse imkansız geliyor – sahadaki koltuğunuzdan parlak bir stadyum ışığı altında çırpınan loş bir ateş böceğini fark etmek gibi. Yine de doğru teknikle ötegezegenler ortaya çıkarılabilir.

Araştırmanın ortak yazarı, “Hedef yıldıza benzer özelliklere sahip yakınlardaki bir yıldızı gözlemleyebiliriz” diyor. Aarynn CarterKaliforniya Üniversitesi, Santa Cruz’da doktora sonrası araştırmacı olan Bu ötegezegen görüntüleme için analiz. “O zaman, esasen yıldız ışığının neye benzediğine dair bir şablon oluşturabilir ve sadece gezegeni geride bırakmak için bunu çıkarabiliriz.”

Bu aldatıcı bir şekilde basit geliyor, ancak bu yöntemin başarılı olması için birçok şeyin doğru gitmesi gerekiyor. Ve bu durumda, doğru gittiler – hatta Carter ve Hinkley’nin planladığından daha fazla.

JWST’nin görüntüleme hassasiyetinin beklenenden daha fazla olduğu ortaya çıktı. Gelişmiş taç grafiği, ev sahibi yıldızın ışığının çoğunu engellemeyi başardı. Ve belki de bu özel çalışma için en önemlisi, JWST gözlemlerini alırken inanılmaz derecede istikrarlıydı. Kararlılık, birinciden çıkarmak için ikinci bir yıldızdan temiz bir yıldız ışığı şablonu elde etmek için çok önemlidir.

“Gördüğümüz şey, James Webb’in inanılmaz derecede kararlı olduğuydu. [starlight] desen bu nedenle yıldızdan yıldıza sabittir” diyor Hinkley. “Ve bu gerçekten, tüm dünyada son 20 yılda kelimenin tam anlamıyla binlerce bilim insanı, teknisyen ve mühendis tarafından yapılan inanılmaz çalışmadan kaynaklanıyor.”

Charles BeichmanNASA’nın Exoplanet Bilim Enstitüsü müdürü, geliştirmeye yardımcı oldu JWST araştırma araçları Hinkley ve Carter’ın görüntülemelerinde kullandıkları. “Bir şeyi piyasaya sürdüğünüzde,” diyor, “onu bir dizi gereksinime göre inşa ediyorsunuz. Ve sonra bizim ‘arzular’ dediğimiz bir diziniz var.”

En son ötegezegen görüntüleri sayesinde, JWST’nin araçlarının herkesin isteklerini yerine getirdiği artık açıkça görülüyor. “Daha sıkı görüntüleriniz var; daha az titremeniz var; dedektörler biraz daha iyi performans gösteriyor,” diyor Beichman. Kanıtlanmış hassasiyet ve kararlılık seviyesi nedeniyle JWST, geçmişteki diğer teleskoplardan çok daha küçük ötegezegenleri doğrudan gözlemleme potansiyeline sahiptir – hatta araştırmacıların umduğundan daha küçük.

Bu, Temmuz ve Ağustos 2023 arasında Beichman tarafından yönetilecek ve doğrudan görüntülemeyi kullanacak olan da dahil olmak üzere gelecekteki çalışmalar için mükemmel bir haber. gezegenleri ara en yakın yıldız sistemimiz Alpha Centauri içinde.

Şimdiye kadar gökbilimciler, Jüpiter’den birkaç kat daha büyük olan ve yıldızlarından çok uzakta dönen ötegezegenleri fotoğraflamayı başardılar. Hinkley, “Ama şimdi bu gözlemlerden bildiğimiz şey, James Webb’in muhtemelen bizi kendi Satürn’ümüzün veya belki de en yakın yıldızlar için kendi Neptün’ümüzün benzerlerine indireceğidir” diyor.

Sebastian MarinoCambridge Üniversitesi’ndeki Jesus Koleji’nde astronomi araştırma görevlisi olan , JWST’nin beklentileri sarsan aşırı performansının muhtemel yararlanıcılarından biri. Önümüzdeki Nisan ve Haziran ayları arasında Marino ve meslektaşları gözlemlemeyi planla Satürn’ün halkalarının devasa versiyonlarına benzeyen geniş enkaz diskleriyle çevrili yıldızlar. Marino’nun ekibi, henüz tespit edilmemiş ötegezegenlerin ev sahibi yıldızlarının yörüngesinde dönerken bu boşlukları “oymaktan” sorumlu olduğu hipotezi altında çalışarak, gözle görülür boşluklara sahip birkaç belirli diske odaklanacak.

Marino, boşlukların genişliğine dayanarak, bu ötegezegenlerin (varsa) Satürn veya Neptün ile aynı kütleye sahip olduğunu tahmin ediyor. Onları tespit etmek iddialı bir hedef olarak başlamış olsa da, en son görüntüleme sonuçları, Hinkley’in belirttiği gibi JWST’nin bu boyutlardaki gezegenleri tespit edebildiğini gösteriyor.

Marino, “Düşündüğümüzden daha iyi performans göstermesi gerçekten cesaret verici” diyor. Ve JWST umduğu ötegezegenleri bulamasa bile, Marino teleskopun bu gezegenlerin var olmadığını doğrulayabilmesinden memnun. (Gezegen avcılığının önemli ama sıklıkla gözden kaçan bir yönü, herhangi bir yıldızın etrafında dünya aramayı ne zaman bırakacağını bilmektir.) Marino, daha zayıf bir teleskopun, yalnızca nihai olarak sonuçsuz olabilecekleri genişleten sonuçsuz sonuçlar verme olasılığının çok daha yüksek olacağını söylüyor. arama.

En son ötegezegen görüntüleri de iyiye işaret ediyor Elisabeth Matthews, Cenevre Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı. Matthews, “Kendi programım için, aracın gerçekten programı tasarladığımızda beklediğimiz gibi çalışacağını görmek doğrulayıcı” diyor.

Nisan ve Mayıs 2023 arasında Matthews kullanacak JWST, yakındaki bir gezegeni taşıyan yıldız olan Epsilon Indi A’yı, sadece 12 ışıkyılı uzaklıkta gözlemlemek için. Bu yıldızın ötegezegeni Epsilon Indi Ab, yalnızca kütlesinin yıldız üzerinde neden olduğu ince kütleçekimsel yalpalama yoluyla bilinir. Hiç kimse bu gezegeni doğrudan görmedi, ancak gökbilimcilerin en iyi tahminleri, oldukça soğuk olması gerektiğini gösteriyor, bu da oldukça yaşlı olduğu anlamına geliyor. Dev ötegezegenlerin sıcak doğdukları ve son yaratımlarından muazzam miktarda artık ısı enerjisi yaydıkları düşünülüyor. (JWST’nin HIP 65426 b’nin kızılötesi görüntülerinde görülen parlayan gezegen lekesi, bulutlarının tepesinden yansıyan ışık değil, çoğunlukla gezegenin yaydığı termal enerjidir.)

Daha yaşlı, daha soğuk gezegenler genellikle fotoğraflanamayacak kadar soluktu ve ev sahibi yıldızların parlak ışığı tarafından boğuldular. Bu nedenle, Matthews’un daha olgun bir gezegeni hayal etme planı zorludur, ancak JWST’nin son performansı bunun kesinlikle mümkün olması gerektiğini göstermektedir. Matthews, çalışmasını gezegensel bir görüntü üretebilmek için gereken minimum süreyi alacak şekilde tasarladığını söylüyor – ancak şimdi, JWST’nin beklenenden daha fazla duyarlılığı olduğu için, bu zaman diliminde başarılı olacağından daha da emin. daha fazla gözlem süresi verildi.

JWST’nin beklenenden daha yüksek yüksek kontrastlı görüntüleme performansından yararlanmak için ilk “Döngü 1” gözlemlerinin planlarını kolayca değiştirmek için çok geç, ancak bu erken sonuçlar kesinlikle astronomları gelecekteki araştırmaları planlarken daha emin hale getirecek. Hem Marino hem de Matthews, bir dahaki sefere daha cesur araştırma hedefleri koyabileceklerini öne sürüyorlar. JWST’nin ikinci gözlem döngüsü için araştırma önerileri, Ocak sonu.

O zamandan önce Sasha Hinkley, ekibinin yeteneklerine ilişkin güncellenmiş anlayışına dayanarak JWST’den en iyi şekilde nasıl yararlanılacağına dair tavsiyelerle astronomi topluluğuna ulaşmayı planlıyor. Hinkley, “Tavsiyelerimizin, topluluğun bu gözlemleri yapmak için mümkün olan en güçlü teklifleri ortaya koymasını sağlamasını bekliyoruz” diyor.

Gelecekteki araştırma döngülerinde, gözlemlenemeyecek kadar küçük veya uzak olduğu düşünülen hedefler ulaşılabilir olarak kabul edilebilir. Ve nihayetinde JWST’nin üstün ötegezegen görüntüleme çalışması, yalnızca gaz devlerini değil, çok daha küçük ve daha sönük hedefleri de fotoğraflayabilen daha iddialı gözlemevleri geliştirme çabalarına rehberlik etmelidir: potansiyel olarak yaşanabilir, daha fazla Dünya benzeri dünyalar.

Beichman, “’Vay canına, bunu yapabilirsek şanslıyız’ şeklindeki teklifler, ‘Evet, bunu yapabilmeliyiz’ alanına giriyor” diyor. “Ve ‘Bunu yapmamızın hiçbir yolu yok’ olan yeni bir dizi şey, ‘Evet, bunu başarmak için bir şansımız var’ alanına giriyor.”