Благодаря беспрецедентным возможностям теплового инфракрасного изображения космического телескопа Джеймса Уэбба удалось напрямую сфотографировать экзопланету, вращающуюся вокруг звезды близлежащей тройной системы Эпсилон Индейца в 12 световых годах от нас.
Планета, Эпсилон Индейца Ab, представляет собой холодный супер-Юпитер с температурой около 0° по Цельсию, находящийся на орбите, сравнимой с орбитой Нептуна вокруг Солнца. Звезда, вокруг которой она вращается, Эпсилон Индейца A, — красный карлик, несколько меньше и холоднее Солнца.
Предыдущие исследования позволили правильно определить планету в этой системе, но недооценили массу и расстояние этого газового гиганта от звезды-хозяйки. Теперь «Уэбб» подтвердил ее присутствие и позволил вычислить ее характеристики.
Это первая экзопланета, полученная с помощью «Уэбба», которая еще не была запечатлена с Земли, и она гораздо холоднее газообразных планет, изученных телескопом до сих пор.
Открытие экзопланеты
Такие планеты, как Эпсилон Индейца Ab, относящиеся к типу супер-юпитеров, трудно обнаружить с помощью классических методов обнаружения. Планеты, находящиеся далеко от своих звезд-хозяев, обычно очень холодные, в отличие от горячих Юпитеров, которые обращаются вокруг своих звезд на расстоянии всего нескольких звездных радиусов.
Кроме того, широкие орбиты вряд ли будут выровнены вдоль линии прямой видимости, чтобы создать транзитный сигнал. А измерение их сигналов методом лучевых скоростей затруднено, когда можно наблюдать лишь небольшой участок орбиты.
В предыдущих исследованиях предпринимались попытки изучить гигантскую планету, вращающуюся вокруг Эпсилон Индейца A, с помощью измерений радиальной скорости. Однако экстраполяция лишь небольшой части орбиты привела к ошибочным выводам о свойствах экзопланеты. Ведь Эпсилон Индейца Ab проходит по орбите своей звезды около 200 лет: наблюдений за несколько лет недостаточно, чтобы определить орбиту с высокой точностью.
Это изображение газового гиганта — экзопланеты Эпсилон Индейца Ab — было получено с помощью коронографа MIRI (Mid-Infrared Instrument) космического телескопа NASA/ESA/CSA имени Джеймса Уэбба. Символ в виде звезды указывает на положение звезды-хозяина Эпсилон Индейца A, свет которой был заблокирован коронографом.
Поэтому ученые предложили другой подход: сфотографировать экзопланету с помощью прямой визуализации. Они использовали прибор MIRI (Mid-Infrared Instrument), оснащенный коронографом. Эта светоблокирующая маска закрывает звезду, подобно искусственному затмению. Они также воспользовались близостью Эпсилон Индейца к Земле: чем меньше расстояние до звезды, тем больше расстояние между двумя объектами, которые появляются на изображении, что дает больше шансов уменьшить помехи от звезды-хозяина.
При этом ученые обнаружили сигнал, который не соответствовал предсказанной экзопланете: точка света на изображении находилась не в предсказанном положении. Она выглядела как гигантская планета, но исследователям пришлось исключить, что она возникла из фонового источника, не связанного со звездной системой Эпсилон Индейца.
Просматривая астрономические базы данных, чтобы сравнить полученный результат с другими наблюдениями Эпсилон Индейца, команда наткнулась на данные съемки 2019 года, полученные с помощью инфракрасной камеры VISIR Очень большого телескопа ESO (VLT). Повторно проанализировав изображения, команда обнаружила слабый объект точно в том положении, в котором он находился бы, если бы источник, полученный с помощью «Джеймса Уэбба», принадлежал звезде Эпсилон Индейца A.
На изображении представлены результаты наблюдений JWST/MIRI за Эпсилон Индейца Ab. Во вставках показаны обрезанные версии изображений MIRI, полученных на средних инфракрасных длинах волн 10,65 (слева) и 15,55 микрометров (справа), на которых изображена область вокруг звезды Эпсилон Индейца A, положение которой обозначено символами звезды.
Данные Уэбба согласуются с наличием в системе Супер-Юпитера с массой, в шесть раз превышающей массу Юпитера в Солнечной системе. Эпсилон Индейца Ab вращается вокруг своей звезды-хозяина по эксцентрической, эллиптической орбите, максимальное расстояние между которыми должно составлять от 20 до 40 астрономических единиц (1 АЕ, астрономическая единица, — среднее расстояние между Землей и Солнцем, около 150 миллионов километров). Новые значения значительно отличаются от предыдущих исследований, поэтому команда назвала ее «новой» планетой.
Атмосферы супер-юпитеров
Пока известно лишь несколько холодных газовых гигантов, вращающихся вокруг звезд солнечной эпохи, и все они были получены косвенным путем, на основе измерений радиальной скорости. Получив изображения и спектры планет, астрономы смогут изучить их атмосферы и проследить эволюцию планетарных систем по вычислительным моделям.
Ученые попытались понять состав атмосферы Эпсилон Индейца Ab на основе имеющихся изображений экзопланеты в трех цветах: двух с JWST/MIRI и одного с VLT/VISIR.
Эпсилон Индейца Ab тусклее, чем ожидалось, на коротких длинах волн. Это может свидетельствовать о наличии значительных количеств тяжелых элементов. В частности, углерода, который образует такие молекулы, как метан, углекислый газ и угарный газ, обычно встречающиеся на планетах газовых гигантов. С другой стороны, это может указывать на наличие у экзопланеты облачной атмосферы.
Чтобы сделать окончательный вывод, потребуются дальнейшие исследования. «Следующая цель — получить спектры, которые дадут нам подробный отпечаток климатологии и химического состава планеты«, — говорит Томас Хеннинг, почетный директор Института астрономии Макса Планка, соисполнительный директор прибора MIRI и соавтор исследования.
