Det er ekstremt vanskeligt at indsamle detaljerede oplysninger om eksoplaneter. Men nu har et team, der bruger avanceret teknologi ved Keck-observatoriet, taget et stort spring i exoplanet-observation og har fundet vand i atmosfæren på en planet, der er 179 lysår væk.
Solsystemet i hjertet af dette har en stjerne kaldet HR 8799 og dets planeter: HR 8799 b, c, d og e. Systemet er 179 lysår væk i stjernebilledet Pegasus. Stjernen i sig selv er en 30 millioner år gammel hovedsekvensstjerne. Det er bemærkelsesværdigt af en række grunde, inklusive dets egne ulige stellare egenskaber. Men det har været bemærkelsesværdigt af en anden vigtig grund. I 2008 meddelte videnskabsmænd, at de direkte havde observeret tre exoplaneter omkring stjernen - HR 8799b, c og d - ved hjælp af Keck- og Gemini-teleskoper. Derefter annoncerede de i 2010 opdagelsen af en fjerde planet, HR 8799 e.
Denne nyeste meddelelse bygger på det tidligere arbejde fra 2008, og astronomerne bag denne undersøgelse kalder den seneste meddelelse for et ”springbræt” på vej til bedre og bedre billeder af exoplaneter.
De nye observationer er på HR 8799 c, først observeret i 2008. Det er en ung kæmpe gasplanet, der er cirka 7 gange Jupitermassen, der kredser om sin stjerne hvert 200 år. Disse nye direkte afbildede observationer bekræfter tilstedeværelsen af vand i atmosfæren og bekræfter manglen på metan.
”Denne type teknologi er nøjagtigt, hvad vi vil bruge i fremtiden til at se efter tegn på liv på en jordlignende planet.” - Dimitri Mawet, studieforfatter, Caltech og JPL.
Disse nye observationer stammer fra en potent kombination af to teleskopteknologier på Keck. Den første er adaptiv optik. Adaptiv optik modvirker sløringseffekterne af Jordens atmosfære. Det andet er et spektrometer på Keck 2-teleskopet kaldet Near-Infrared Cryogenic Echelle Spectrograph (NIRSPEC), et højopløsningsspektrometer, der fungerer i infrarødt lys.
”Denne type teknologi er nøjagtigt, hvad vi vil bruge i fremtiden til at se efter tegn på liv på en jordlignende planet. Vi er ikke der endnu, men vi marsjerer fremad, ”siger Dimitri Mawet, lektor i astronomi ved Caltech og forskningsforsker ved JPL, som Caltech administrerer for NASA, og medforfatter til undersøgelsen, der præsenterede disse fund.
De nye fund blev offentliggjort i Astronomical Journal. Hovedforfatter er Ji Wang, tidligere postdoktor ved Caltech og nu adjunkt ved Ohio State University.
Indtil videre har astronomer direkte afbildet mere end et dusin exoplaneter. HR 8799-systemet er det første multi-planet-system, der er blevet direkte afbildet. Men billederne er kun det første trin i denne undersøgelse.
Når de er taget, kan billederne analyseres for den kemiske sammensætning i deres atmosfære. Det er her spektroskopi kommer ind. I dette tilfælde var de raffinerede evner hos NIRSPEC nøglen.
NIRSPEC er et instrument på Keck 2-teleskopet, der fungerer i det infrarøde L-bånd. L-båndet er en type infrarødt lys med en bølgelængde på omkring 3,5 mikrometer og et område af spektret med mange detaljerede kemiske fingeraftryk. ”L-bandet er stort set overset før, fordi himlen er lysere på denne bølgelængde,” siger Mawet. ”Hvis du var en udlænding med øjne indstillet til L-bandet, ville du se en ekstremt lys himmel. Det er svært at se eksoplaneter gennem dette slør. ”
Ved at kombinere L-bånd-spektografi med adaptiv optik overvandt de vanskelighederne ved at observere en planet, der er lys, der næsten drukner ud af dens stjerne. De var i stand til at foretage de nøjagtige målinger endnu af planeten, hvilket bekræftede tilstedeværelsen af vand og fraværet af metan.
”Lige nu med Keck kan vi allerede lære om fysikken og dynamikken i disse gigantiske eksotiske planeter, som ikke ligner vores egne solsystemplaneter,” siger Wang.
”Vi er nu mere sikre på manglen på metan på denne planet,” siger Wang. ”Dette kan skyldes, at planetens atmosfære blandes ind. Metan, som vi ville forvente at være der på overfladen, kunne fortyndes, hvis konvektionsprocessen bringer dybere lag af jorden op, som ikke har metan. ”
Mawets team forbereder sig allerede på det næste og nyeste instrument på Keck-observatoriet. Det kaldes KPIC (Keck Planet Imager and Characterizer). KPIC vil bruge adaptiv optik og spektroskopi, men for endnu bedre effekt. Med KPIC vil astronomer kunne afbilde planeter, der er endnu svagere og tættere på deres stjerne end HR 8799c er.
Og fremtiden er endnu lysere til exoplanet-billeddannelse. Teknologien bag adaptiv optik og spektroskopi, der hjalp med at forestille sig denne planet, vil blive taget i brug på vores fremtidige teleskoper.
”KPIC er et springbræt for vores fremtidige tretti meter teleskopinstrument,” siger Mawet. ”For nu lærer vi meget om de utal af måder, hvorpå planeter i vores univers dannes.”
- Pressemeddelelse: Exoplanet trædesten
- Forskningsartikel: Påvisning af vand i atmosfæren på HR 8799 c med L-bånd Højdispersionsspektroskopi Hjælpet af adaptiv optik
- Wikipedia-indgang: HR 8799
- Forskningsartikel: Direkte billeddannelse af flere planeter, der kredser om stjernen HR 8799
- Keck Observatorium: Teleskopinstrumentering
