James-Webb-Teleskop macht Bild von kaltem Super-Jupiter

James-Webb-Teleskop macht spektakuläres Bild eines kalten Super-Jupiters

Das JWST hat den kalten Super-Jupiter Eps Ind Ab abgebildet und eröffnet neue Einblicke in die Exoplanetenforschung.

Das James-Webb-Space-Teleskop (JWST) hat einen kalten Super-Jupiter abgelichtet, der in einem weiten Orbit um seinen Stern im Dreifachsternsystem Epsilon Indi kreist. Das berichtet das Max-Planck-Institut für Astronomie. Der Exoplanet, bezeichnet als Eps Ind Ab, hat eine Temperatur von etwa 0 Grad Celsius und befindet sich in einer Umlaufbahn, die der des Neptuns um die Sonne ähnelt. Die Ergebnisse der Studie veröffentlichten die Astronomen im Fachmagazin „nature„.

Elisabeth Matthews, Forscherin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und Hauptautorin der Studie, erläuterte die Bedeutung der Entdeckung. „Als wir diesen neuen Planeten abgebildet hatten, waren wir sehr aufgeregt“, so Matthews. Sie fügte hinzu, dass der helle Punkt in den Bildern des MIRI-Instruments nicht an der erwarteten Position erschien. Frühere Studien hatten zwar einen Planeten in diesem System identifiziert, die Masse und die Umlaufbahn des Super-Jupiters jedoch unterschätzt.

Das JWST-Bild zeigt den Exoplaneten Epsilon Indi Ab. Im Hintergrund sind blaue schuppenartige Strukturen zu sehen, wobei das Licht des Muttersterns durch einen schwarzen Kreis in der Mitte des Bildes blockiert wird (angezeigt durch eine gestrichelte Linie und einen weißen Stern, der über das Bild gelegt ist). Der Exoplanet ist links als heller orangefarbener Kreis sichtbar. © ESA/Webb, NASA, CSA, STScI, E. Matthews (Max Planck Institute for Astronomy)

JWST-Beobachtungen aktualisieren bisherige Messungen

Die Beobachtungen des JWST haben frühere Messungen überprüft und aktualisiert. Eps Ind Ab umkreist den Hauptstern des nahen Dreifachsternsystems Epsilon Indi auf einer exzentrischen, elliptischen Bahn. Die weiteste Entfernung von Eps Ind A kann zwischen 20 und 40 Astronomischen Einheiten liegen, wobei eine Astronomische Einheit etwa 150 Millionen Kilometer entspricht. Diese neuen Daten weichen erheblich von früheren Studien ab.

Kühle Planeten, heiße Wissenschaft

Bislang sind nur wenige kalte Gasriesen bekannt, die Sterne ähnlichen Alters umkreisen. Durch die Abbildung und Spektroskopie der Planeten können Astronomen ihre Atmosphären studieren und die Entwicklung von Planetensystemen im Vergleich zu Berechnungsmodellen verfolgen. Die Untersuchung von Planeten in vollständig entwickelten Planetensystemen hilft, offene Fragen bezüglich der späten Phasen der Planetenentwicklung zu klären und unser allgemeines Verständnis von der Planetenbildung und -entwicklung zu verfeinern.

Die jüngsten Beobachtungen ebnen den Weg zur Entdeckung vieler weiterer dieser kalten Gasriesen. Diese werden es Astronomen ermöglichen, eine neue Klasse von Exoplaneten (Planeten außerhalb des Sonnensystems) zu studieren und mit den Gasriesen unseres Sonnensystems zu vergleichen.

Wie man kalte Gasplaneten entdeckt

Diese Planeten sind jedoch schwer zu finden, da sie weit von ihren Wirtssternen entfernt und typischerweise sehr kalt sind. Weite Umlaufbahnen sind selten so ausgerichtet, dass sie von der Erde aus als Transit beobachtet werden können. Auch die Messung ihrer Signale mit der Radialgeschwindigkeitsmethode ist herausfordernd, da nur ein kleiner Abschnitt der Umlaufbahn überwacht werden kann.

Das Team um Matthews entwickelte daher einen anderen Ansatz. Sie entschieden sich für die direkte Bildgebung, da Exoplanetenwirtssterne so hell sind, dass sie jedes andere nahe Objekt überstrahlen. Für diesen Zweck setzten sie die MIRI (Mid-Infrared Instrument)-Kamera des JWST ein, die mit einem Koronagraphen (astronomisches Instrument zur Beobachtung der inneren Korona) ausgestattet ist. Dieser deckt den Stern wie eine künstliche Sonnenfinsternis ab.

Was wissen wir über Eps Ind Ab?

„Wir entdeckten ein Signal in unseren Daten, das nicht der erwarteten Exoplanetenposition entsprach“, sagt Matthews. Der Lichtpunkt im Bild war nicht an der vorhergesagten Stelle. „Aber der Planet erschien dennoch als ein Riesenplanet“, fügt Matthews hinzu. Vor einer solchen Beurteilung mussten die Astronomen jedoch ausschließen, dass das Signal von einer Hintergrundquelle stammte, die nicht zu Eps Ind A gehörte.

Das Bild zeigt eine Zusammenfassung der Beobachtungen von Eps Ind Ab mit dem JWST/MIRI. Dargestellt sind Bildausschnitte aus dem mittleren Infrarotbereich, die die Umgebung des Sterns Eps Ind A abbilden, markiert durch Sternsymbole. Ein Koronograf (verhindert dabei, dass das Licht des Sterns die Bilder dominiert. Stattdessen wird oben links ein neues Objekt sichtbar – der Exoplanet Eps Ind Ab. © Max-Planck-Gesellschaft / T. Müller (MPIA/HdA), E. Matthews (MPIA)

Die Forscher versuchten auch, die Atmosphäre des Exoplaneten basierend auf den verfügbaren Bildern in drei Farben zu verstehen. Eps Ind Ab ist bei kurzen Wellenlängen schwächer als erwartet, was auf erhebliche Mengen schwerer Elemente hinweisen könnte. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um zu einem endgültigen Schluss zu kommen.

Was du dir merken solltest:

Das James-Webb-Space-Teleskop (JWST) hat einen kalten Super-Jupiter namens Eps Ind Ab abgebildet, der sich in einem weiten und exzentrischen Orbit um den Hauptstern im Dreifachsternsystem Epsilon Indi bewegt. Die Entdeckung zeigt das Potenzial des JWST, ähnliche kalte Gasriesen zu identifizieren, und verbessert unser Verständnis über die Entstehung und Entwicklung von Gasriesen.
Eps Ind Ab ist bemerkenswert, weil er eine Temperatur von etwa 0 Grad Celsius aufweist und in einem Abstand zwischen 20 und 40 Astronomischen Einheiten von seinem Stern kreist, was neue Perspektiven auf die Klimatologie und chemische Zusammensetzung solcher Exoplaneten bietet.
Die direkte Bildgebungsmethode, unterstützt durch die MIRI-Kamera des JWST mit einem Koronagraphen, ermöglicht die Visualisierung von Exoplaneten, die weit von ihren hell leuchtenden Wirtssternen entfernt sind, und bietet eine Alternative zu indirekten Methoden wie Transit- und Radialgeschwindigkeitsmessungen.