רק נקודת אור נראית בתמונות JWST/MIRI. אף על פי כן, הניתוח הראשוני מצביע על נוכחות של כוכב לכת גזי שעשויות להיות לו תכונות דומות לצדק. קרדיט: T. Müller (MPIA/HdA)
חוקרים המשתמשים ב-JWST תפסו תמונה חדשה של Eps Ind Ab, סופר-צדק עם מרחק מסלול גדול משמעותית ממה שהוערך קודם לכן.
הגילוי הזה, מדגיש קר יותר אקסופלנט ממה שנצפה בדרך כלל, מעורר הערכה מחדש של המסה והמסלול שלו, תוך שהוא מציע שיטה חדשה לחקר ענקי גז קר מרוחקים באמצעות הדמיה ישירה וניתוח ספקטרלי.
הדמיה של כוכב הלכת חדש
"היינו נרגשים כשהבנו שדימינו את כוכב הלכת החדש הזה", אמרה אליזבת מתיוס, חוקרת במכון מקס פלנק לאסטרונומיה בהיידלברג, גרמניה. היא הכותבת הראשית של מאמר המחקר הבסיסי שפורסם היום (24 ביולי) בכתב העת טֶבַע. "להפתעתנו, נקודת האור שהופיעה אצלנו מירי התמונות לא התאימו למיקום שציפינו עבור כדור הארץ", מציין מתיוס. "מחקרים קודמים זיהו בצורה נכונה כוכב לכת במערכת זו, אך המעיטו בהערכת המסה וההפרדה המסלולית של ענקית הגז העל-צדק". בעזרת JWST, הצוות הצליח לקבוע את השיא.
זיהוי זה הוא די חריג בכמה היבטים. הוא מראה את כוכב הלכת החיצוני הראשון שצולם עם JWST שעדיין לא צולם מהקרקע והוא קר הרבה יותר מכוכבי הלכת הגז ש-JWST חקר עד כה. 'תמונה' פירושה שכוכב הלכת מופיע כנקודה בהירה על התמונות ובכך מייצג ראיות ישירות. שיטות המעבר והמהירות הרדיאלית הן עדות עקיפה, שכן כוכב הלכת מתגלה רק באמצעות השפעתו המתווכת.
התוספות מציגות גרסאות חתוכות של תמונות ה-MIRI שהתקבלו באורכי גל אינפרא אדום בינוני 10.65 (משמאל) ו-15.55 מיקרומטר (מימין), המתארות את האזור סביב הכוכב Eps Ind A, שמיקומו מסומן על ידי סמלי כוכבים. קורונגרף חוסם את האור מהכוכב שיעלה על שתי התמונות. במקום זאת, אובייקט חדש הופך לגלוי בצד שמאל למעלה. מקור זה הוא כוכב הלכת החיצוני Eps Ind Ab. הרקע התקבל מסקר השמים של AllWISE. קרדיט: T. Müller (MPIA/HdA), E. Matthews (MPIA)
סקירה כללית של המסלול והמאפיינים של Eps Ind Ab
כוכב הלכת סובב סביב המרכיב העיקרי של מערכת הכוכבים המשולשת הסמוכה Epsilon Indi, או בקיצור Eps Ind. מוסכמות תיוג אסטרונומיות מקצות את התווית Eps Ind A לאותו כוכב ראשוני, כוכב ננס אדום קצת יותר קטן וקריר מהשמש. כדי לבנות את שם כוכב הלכת, מצורף "b", וכתוצאה מכך ייעוד Eps Ind Ab.
הנתונים החדשים של JWST תואמים לסופר-צדק בעל מסה פי שש מזו של צדק במערכת השמש. Eps Ind Ab מקיף את הכוכב המארח שלו במסלול אקסצנטרי, אליפטי שההפרדה הרחוקה ביותר שלו מ-Eps Ind A צריכה לנוע בין 20 ל-40 יחידות אסטרונומיות. יחידה אסטרונומית אחת היא המרחק הממוצע בין כדור הארץ לשמש, כ-150 מיליון קילומטרים. הערכים החדשים שונים במידה ניכרת ממחקרים קודמים, וזו הסיבה שהצוות בחר לקרוא לזה כוכב לכת "חדש".
סרטון זום זה מתחיל בתצוגת זווית רחבה של השמיים במרכזו של הכוכב Eps Ind A. הוא מסתיים בתמונה של Eps Ind Ab שהתקבלה עם ה-MIRI של ה-JWST. קרדיט: T. Müller (MPIA/HdA), E. Matthews (MPIA)
כוכבי לכת מגניבים, מדע חם
ידועים עד כה רק כמה כוכבי לכת ענקיים קרים המקיפים כוכבים מתקופת השמש, וכולם הוסקו בעקיפין ממדידות מהירות רדיאליות. על ידי הדמיה וצילום ספקטרום של כוכבי הלכת, אסטרונומים יכולים לחקור את האטמוספרות שלהם ולעקוב אחר התפתחותן של מערכות פלנטריות בהשוואה למודלים חישוביים. חקר כוכבי לכת במערכות פלנטריות מיושבות לחלוטין עוזר לקשור קצוות רופפים בנוגע לשלבים המאוחרים של האבולוציה הפלנטרית ולחדד את ההבנה הכללית שלנו לגבי היווצרות ואבולוציה של כוכבי לכת.
התצפיות האחרונות מובילות את הדרך למציאת כוכבי לכת ענקיים קרים אלה רבים נוספים. אלה יאפשרו לאסטרונומים לחקור מחלקה חדשה של כוכבי לכת אקזו-כוכבים ולהשוות אותם לענקי הגז של מערכת השמש.
אתגרים בזיהוי כוכבי לכת רחוקים
עם זאת, קשה למצוא כוכבי לכת אלה באמצעות שיטות הזיהוי הקלאסיות. כוכבי לכת המרוחקים מהכוכבים המארח שלהם הם בדרך כלל קרים מאוד, בניגוד לכוכבי הלכת החמים המקיפים את הכוכבים שלהם בהפרדות של רדיוסי כוכבים בודדים בלבד. סביר מאוד שמסלולים רחבים יהיו מיושרים לאורך קו הראייה כדי לייצר אות מעבר. בנוסף, מדידת האותות שלהם בשיטת המהירות הרדיאלית היא מאתגרת כאשר ניתן לנטר רק קטע קטן מהמסלול.
מחקרים קודמים ניסו לחקור כוכב לכת ענק המקיף את Eps Ind A באמצעות מדידות מהירות רדיאליות. עם זאת, אקסטרפולציה של חלק קטן מהמסלול הובילה למסקנות שגויות לגבי תכונות כוכב הלכת. אחרי הכל, Eps Ind Ab צריך כ-200 שנה כדי להקיף את הכוכב שלו. תצפיות על פני כמה שנים אינן מספיקות כדי לקבוע את המסלול בדיוק גבוה.
שימוש בטכנולוגיה מתקדמת להדמיה ישירה
לכן, הצוות סביב מתיוס הגה גישה אחרת. הם רצו לצלם תמונה של כוכב הלכת הידוע בשיטה הידועה בכינויה הדמיה ישירה. מכיוון שכוכבים מארח כוכבי הלכת הם כה בהירים, הם עולים על כל אובייקט אחר קרוב. מצלמות רגילות היו מוצפות מאור הכוכבים המסנוור.
מסיבה זו, הצוות השתמש במצלמת MIRI (מכשיר אינפרא אדום באמצע) של JWST מצוידת בקורונגרף. מסכה חוסמת אור זו מכסה את הכוכב כמו ליקוי חמה מלאכותי. יתרון נוסף הוא הקרבה של Eps Ind לכדור הארץ, שהיא רק 12 שנות אור. ככל שהמרחק לכוכב קטן יותר, ההפרדה בין שני עצמים מופיעה בתמונה גדולה יותר, מה שמספק סיכוי טוב יותר למתן את ההפרעות של הכוכב המארח. MIRI הייתה הבחירה המושלמת מכיוון שהיא צופה באינפרא אדום תרמי או אמצע, שבו אובייקטים קרים זוהרים בבהירות.
מה אנחנו יודעים על Eps Ind Ab?
"גילינו אות בנתונים שלנו שלא תאם את הכוכב החיצוני הצפוי", אומר מתיוס. נקודת האור בתמונה לא הייתה במיקום החזוי. "אבל הכוכב עדיין נראה ככוכב לכת ענק", מוסיף מתיוס. עם זאת, לפני שהצליחו לבצע הערכה כזו, האסטרונומים היו צריכים לשלול שהאות מגיע ממקור רקע שאינו קשור ל-Eps Ind A.
"תמיד קשה להיות בטוח, אבל לפי הנתונים, זה נראה די לא סביר שהאות מגיע ממקור רקע חוץ-גלקטי", מסביר לינדרט בוגורד, מדען אחר של MPIA ומחבר שותף של מאמר המחקר. ואכן, תוך כדי עיון במאגרי מידע אסטרונומיים לתצפיות אחרות של Eps Ind, הצוות נתקל בנתוני הדמיה משנת 2019 שהושגו במצלמת האינפרא אדום VISIR המחוברת למצפה האירופי הדרומי (ESO) טלסקופ גדול מאוד (VLT). לאחר ניתוח מחדש של התמונות, הצוות מצא חפץ קלוש בדיוק במיקום שבו הוא צריך להיות אם המקור שצולם עם JWST היה שייך לכוכב Eps Ind A.
המדענים גם ניסו להבין את האטמוספירה של כוכב הלכת על סמך התמונות הזמינות של כוכב הלכת בשלושה צבעים: שניים מ-JWST/MIRI ואחד מ-VLT/VISIR. Eps Ind Ab חלש מהצפוי באורכי גל קצרים. זה יכול להצביע על כמויות ניכרות של יסודות כבדים, במיוחד פחמן, הבונה מולקולות כגון מתאן, פחמן דו חמצני ופחמן חד חמצני, הנמצאים בדרך כלל בכוכבי לכת ענקיים. לחלופין, זה עשוי להצביע על כך שלכוכב הלכת יש אטמוספירה מעוננת. עם זאת, נדרשת עבודה נוספת כדי להגיע למסקנה סופית.
כיווני מחקר עתידיים
עבודה זו היא רק צעד ראשון לקראת אפיון Eps Ind Ab. "המטרה הבאה שלנו היא להשיג ספקטרום המספקים לנו טביעת אצבע מפורטת של האקלימטולוגיה וההרכב הכימי של כדור הארץ", אומר תומס הנינג, מנהל אמריטוס ב-MPIA, שותף PI של מכשיר ה-MIRI, ומחבר שותף של המאמר הבסיסי.
"בטווח הארוך, אנו מקווים לצפות גם במערכות פלנטריות אחרות בקרבת מקום כדי לחפש ענקי גז קר שאולי חמקו מגילוי", אומר מתיוס. "סקר כזה ישמש בסיס להבנה טובה יותר של האופן שבו כוכבי לכת גז נוצרים ומתפתחים."
מדעני MPIA המעורבים במחקר זה הם אליזבת מתיוס, לינדרט בוגורד ותומס הנינג.
חוקרים אחרים כוללים את אארין קרטר (המכון למדע טלסקופ החללבולטימור, ארה"ב), קרוליין מורלי (אוניברסיטת טקסס באוסטין, אוסטין, ארה"ב), ו-Prashant Pathak (המכונים ההודיים לטכנולוגיה, קנפור, הודו).
קונסורציום MIRI מורכב מהמדינות החברות ב-ESA בלגיה, דנמרק, צרפת, גרמניה, אירלנד, הולנד, ספרד, שוודיה, שוויץ ובריטניה. ארגוני המדע הלאומיים מממנים את עבודת הקונסורציום – בגרמניה, אגודת מקס פלנק (MPG) והמרכז הגרמני לתעופה וחלל (DLR). המוסדות הגרמניים המשתתפים הם מכון מקס פלאנק לאסטרונומיה בהיידלברג, אוניברסיטת קלן, והנסולדט AG באוברקוכן, לשעבר קארל זייס אופטרוניקס.
JWST הוא מצפה הכוכבים המוביל בעולם למדעי החלל. זוהי תוכנית בינלאומית בהובלת נאס"א במשותף עם שותפיה, ESA (סוכנות החלל האירופית) ו-CSA (סוכנות החלל הקנדית).
