Wissenschaftler verwendeten JWST-Instrumente absichtlich „falsch“, um direkte Bilder von Exoplaneten aufzunehmen

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Astronomie Nachrichten

Letzte Woche enthüllten Astronomen aufregende neue Bilder von Planeten in den Sternensystemen HR 8799 und 51 Eridani – und das alles dank einer kreativen Nutzung des James Webb Space Telescope (JWST).

William Balmer, Doktorand an der Johns Hopkins University und Hauptautor der Studie, sprach mit Space.com darüber, wie die Bilder vom James Webb Space Telescope aufgenommen wurden und warum diese Ergebnisse einen großen Fortschritt in unserem Verständnis von Exoplaneten , ihrer Entstehung und der Suche nach außerirdischem Leben darstellen.

„Die direkte Abbildung ist für die Untersuchung ferner Planeten von entscheidender Bedeutung, da sie uns die meisten Informationen über die Struktur und Zusammensetzung ihrer Atmosphären liefert, unabhängig vom Licht des Muttersterns“, erklärte Balmer.

Die direkte Abbildung entfernter Planeten stellt aufgrund mehrerer Faktoren eine große Herausforderung dar. Teleskope haben beispielsweise Schwierigkeiten, das schwache Licht eines Planeten vom deutlich helleren Licht seines Muttersterns zu unterscheiden. Das grelle Licht des Sterns kann alle Signale des Planeten überdecken, was die detaillierte Untersuchung der Erdatmosphäre erschwert. Hinzu kommt, dass die meisten Exoplaneten unglaublich weit von uns entfernt sind, was die Möglichkeit, klare Bilder von ihnen aufzunehmen, zusätzlich einschränkt.

Hier kommt das James-Webb-Weltraumteleskop ins Spiel. Seine fortschrittliche Technologie, zu der auch sein großer Spiegel und eine Reihe von Spezialinstrumenten gehören, ermöglicht es ihm, sehr schwache Emissionen von umlaufenden Exoplaneten im mittleren Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums zu erkennen – und diese Fähigkeit hat neue Horizonte in der Exoplanetenforschung eröffnet.Werbung

Verschiedene Gase in der Atmosphäre des Planeten absorbieren oder emittieren bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen Licht bestimmter Wellenlängen. Anhand dieser chemischen Spuren des Lichts können wir nicht nur mit zunehmender Klarheit modellieren, woraus Planeten bestehen, sondern auch, wie sie auf der Grundlage ihrer Zusammensetzung entstanden sein könnten“, sagte Balmer.

Koronographen , die 1930 erstmals zur Untersuchung der Sonnenkorona entwickelt wurden, blockieren das Sternenlicht, um schwache Objekte in der Umgebung sichtbar zu machen. Am JWST ermöglichen sie kontrastreiche Abbildungen von Exoplaneten im nahen bis mittleren Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums. Blockiert der Koronograph jedoch zu viel Licht, kann er nicht nur den Stern, sondern auch nahegelegene Planeten verdecken.

Um dieses Problem zu beheben, passte Balmers Team die Koronographenmasken des JWST an und stimmte genau ab, wie viel Sternenlicht blockiert wurde, um die Sichtbarkeit des Planeten zu maximieren.

„Wir verließen uns auf die Stabilität des JWST, indem wir zunächst unsere Zielobjekte beobachteten und anschließend ähnliche Sterne ohne bekannte Planeten zum Vergleich abbildeten“, sagte Balmer. Durch die Subtraktion dieser Referenzbilder von den Zielbildern entfernte das Team effektiv das Licht des Sterns und isolierte die schwachen Signale der Planeten.

Um dieses Problem zu beheben, passte Balmers Team die Koronographenmasken des JWST an und stimmte genau ab, wie viel Sternenlicht blockiert wurde, um die Sichtbarkeit des Planeten zu maximieren.

Weil [das JWST] so stabil ist, sind die Unterschiede zwischen den Referenz- und Zielbildern kleiner als das Licht der Planeten um unsere Ziele [was es uns ermöglicht, sie deutlicher zu erkennen]“, fügte Balmer hinzu.Die Studie ist auch deshalb bemerkenswert, weil sie das erste Bild von HR 8799 bei 4,6 Mikrometern, einer Wellenlänge im mittleren Infrarotbereich, lieferte. Dies ist ein bedeutender Erfolg, da die Erdatmosphäre einen Großteil des Lichts dieser Wellenlänge absorbiert, was bodengebundene Beobachtungen in diesem Bereich nahezu unmöglich macht.

Die Studie ist auch deshalb bemerkenswert, weil sie das erste Bild von HR 8799 bei 4,6 Mikrometern, einer Wellenlänge im mittleren Infrarotbereich, lieferte. Dies ist ein bedeutender Erfolg, da die Erdatmosphäre einen Großteil des Lichts dieser Wellenlänge absorbiert, was bodengebundene Beobachtungen in diesem Bereich nahezu unmöglich macht.„Die Erdatmosphäre hat nur ein kurzes Transparenzfenster bei 4,6 Mikrometern“, erklärte Balmer. „Frühere bodengebundene Beobachtungen hatten versucht, den innersten HR 8799 e bei diesen Wellenlängen abzubilden, und waren gescheitert. Einige bodengebundene Teleskope verfügen über größere Spiegel als das JWST, aber unser Erfolg unterstreicht, wie wichtig die Stabilität des JWST für diese Art von Beobachtungen ist.“

Der bisher klarste Blick im Infrarotbereich auf das ikonische Mehrplanetensystem HR 8799.

Balmer und Kollegen gingen noch einen Schritt weiter, indem sie innovative Koronagraphiebilder von Exoplaneten in HR 8799 und 51 Eridani aufnahmen – und zwar, indem sie die Koronagraphen des JWST auf unkonventionelle Weise nutzten.

Aber noch aufregender war für das Team die Fähigkeit des JWST, bei 4,3 Mikrometern zu beobachten – Wellenlängen, die von der Erdatmosphäre vollständig blockiert werden.

„Die spannendste Wellenlänge, die wir mit dem JWST erreichen konnten, liegt bei 4,3 Mikrometern, wo zuvor noch keiner dieser Planeten beobachtet worden war“, sagte Balmer. „Da die Erdatmosphäre viel Kohlendioxid enthält, blockiert sie bei dieser Wellenlänge einen großen Teil des Lichts.“

Der Vorteil des JWST besteht darin, dass es sich außerhalb der Erdatmosphäre befindet, etwa 1,5 Millionen Kilometer von unserem Planeten im Weltraum entfernt.

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