Det finns moln på exoplanet Epsilon Indi Ab

 

Bild https://www.mpia.de  Illustration av planeten Epsilon Indi Ab, med moln av vatten likt på jorden ovan dess ammoniakdominerade atmosfär. © E. C. Matthews, MPIA / T. Müller, HdA. 

Stjärnan Epsilon Indi A, finns  cirka 11,9 ljusår bort i stjärnbilden Indus synlig på södra stjärnhimlen. Här finns den stora Jupiterliknande planeten  Epsilon Indi Ab som illustrerats ovan.

Även med JAmes Webbteleskopet är det svårt att ta bilder av exoplaneters atmosfärer och studera jupiterstora planeter runt andra stjärnor. En urskiljning är att exoJupiters stora planeter ofta finns närmare sin sol och därmed är hetare än vår Jupiter. (Obs inte att förväxla med exoNeptunusplaneter som alltid ligger närma sin sol dock ej Jordens Neptunus). Den vanligaste metoden att studera exoplaneters atmosfärer är då planeten passerar framför sin värdstjärna (sol) ur en observatörs perspektiv på jorden och sannolikheten för den konfigurationen är mycket högre när planeten finns närma sin stjärna, vilket i sin tur gör planeten relativt varm.

Men den nya studien av Elisabeth Matthews och hennes kollegor vid Max Planck Institute for Astronomy Heidelberg, Tyskland använde en annan teknik. Detta är det närmaste observatörer har kommit att studera en Jupiterliknande exoplanet. 

Matthews och hennes kollegor använde JWST:s mellaninfraröda instrument MIRI för att ta direkta bilder av planeten Epsilon Indi Ab. Namngivningskonventionerna för exoplaneter är sådana att denna beteckning indikerar den första planet som upptäckts kretsa kring stjärnan Epsilon Indi A i stjärnbilden Indus (bokstaven b). Bhavesh Rajpoot, doktorand vid Max Planck-institutet för astronomi som bidrog till studien, beskriver: "Denna planet har en avsevärt större massa än Jupiter dess massa (densitet)  har fastställts till 7,6 större än Jupiters  medan dess diameter är ungefär som Jupiters.

Epsilon Indi Ab är ungefär fyra gånger så långt bort från sin sol som Jupiter är från solen. Stjärnan Epsilon Indi A är i sig lite mindre massiv och lite mindre het än vår sol. Detta gör yttemperaturen på Epsilon Indi Ab mycket låg, cirka mellan –70 och +20 grader Celsius. Anledningen till att planeten är något varmare än Jupiter -133C är att det fortfarande finns mycket värme kvar från planetbildningsfasen. Under de kommande miljarderna år kommer Epsilon Indi Ab stadigt att svalna och så småningom bli kallare än Jupiter.

Astronomerna använde koronagrafen på MIRI-instrumentet för att blockera den centrala stjärnans ljus, som annars skulle överglänsa planetens mycket svagare ljus. De tog sedan en bild genom ett mycket specifikt filter: 11,3 μm, vilket ligger precis utanför våglängdsområdet nära 10,6 μm som är karakteristiskt för ammoniakmolekyler NH3. Jämförelsen med bilder på 10,6 μm som Matthews och hennes team redan tagit 2024 gjorde det möjligt för astronomerna att uppskatta mängden ammoniak som fanns här.

För Jupiter dominerar både ammoniakgas och ammoniakmoln i de övre lagren av atmosfären som är synliga vid observationer. Med tanke på dess egenskaper trodde man att Epsilon Indi Ab också innehöll enorma mängder ammoniakgas även om det inte var ammoniakmoln. Överraskande nog visade fotometriska jämförelsen något mindre ammoniak än väntat. Den bästa förklaringen Matthews och hennes kollegor fann till denna brist var förekomsten av tjocka men fläckvisa vattenismoln, liknande de höghöjdscirrusmoln som finns i jordens atmosfär vilket var oväntat.

Vid tolkning av observationer av detta slag jämför astronomer sina data med simuleringar av planetatmosfärer. Men de flesta publicerade modeller försummar att inkludera moln då  närvaron av moln gör beräkningen mycket mer komplicerad.

På plussidan finns det en kommande möjlighet att observera vattenismoln, som är mycket reflekterande direkt: NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope, där MPIA är partner, är planerat att skjutas upp 2026–2027  bör vara lämpligt för just den typen av observationer. Under tiden ansöker Matthews och hennes kollegor om mer JWST-observationstid för att rikta in sig på ytterligare kalla exoJupiters. 

Studien är publicerad i Astrophysics > Earth and Planetary Astrophysics under titeln A second visit to Eps Ind Ab with JWST: new photometry confirms ammonia and suggests thick clouds in the exoplanet atmosphere of the closest super-Jupiter. 

Epsilon Indi Ab är den kallaste gasplanet som hittats utanför vårt solsystem

 

Ett internationellt team av astronomer har med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope direktavbildat en exoplanet som finns ungefär 12 ljusår från jorden. Planeten, Epsilon Indi Ab, är en av de kallaste exoplaneterna som hittills observerats.

Planeten har en massa som är flera gånger större än Jupiter och kretsar kring stjärnan Epsilon Indi A (Eps Ind A), vilken är ungefär lika gammal som solen men något svalare. Teamet observerade Epsilon Indi Ab med hjälp av koronagrafen på Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument). Endast några tiotals exoplaneter har tidigare avbildats direkt av rymd- och markbaserade observatorier.

"Våra tidigare observationer av det här systemet har varit mer indirekta mätningar av stjärnan, vilket faktiskt gjorde det möjligt för oss att i förväg se att det troligen fanns en jätteplanet i det här systemet som drog i stjärnan", beskriver forskaren Caroline Morley vid University of Texas i Austin. "Det är därför vårt team valde det här systemet att observera med Webb."

"Den här upptäckten är spännande eftersom planeten är ganska lik Jupiter men är lite varmare och mer massiv, men mer lik Jupiter än någon annan planet som har avbildats hittills", beskriver huvudförfattaren Elisabeth Matthews vid Max Planck-institutet för astronomi i Tyskland.

Epsilon Indi Ab är en av de kallaste exoplaneterna som upptäckts med en uppskattad temperatur på 2 grader Celsius vilket är kallare än någon annan avbildad gasplanet utanför vårt solsystem, och kallare än alla utom en fritt flytande brun dvärg. Planeten är cirka 100 grader Celsius varmare än gasjättarna i vårt solsystem. Detta ger astronomer en sällsynt möjlighet att studera den atmosfäriska sammansättningen av likartade objekt i vårt solsystem. Epsilon Indi Ab är den tolfte närmaste exoplaneten till jorden som vi känner till hittills och den närmaste planeten som är massivare än Jupiter. Teamet tror att det kan finns betydande mängder av metan, kolmonoxid och koldioxid i planetens atmosfär som absorberar ljusets kortare våglängder. Det kan också tyda på en mycket molnig atmosfär.

Direktavbildning av exoplaneter är särskilt värdefullt för karakterisering. Forskare kan direkt samla in ljus från den observerade planeten och jämföra dess ljusstyrka vid olika våglängder. Än så länge har forskargruppen bara undersökt Epsilon Indi Ab vid några få våglängder, men de hoppas kunna återbesöka planeten med Webb för att utföra både fotometriska och spektroskopiska observationer i framtiden. De hoppas kunna upptäcka andra liknande planeter med Webbteleskopet för att hitta möjliga trender om gasplaneters atmosfärer och hur de bildas. Dessa resultat togs med Webbs Cycle 1 General Observer program 2243 och har publicerats i tidskriften Natur

Bild vikipedia Epsilon Indi Ab avbildad av Jaimes Webbteleskopets MIRI (en kamera och spektrograf som observerar medellång till lång infraröd strålning (från 5 till 28 mikrometer). ”Stjärnan” markerar positionen för stjärnan (solen) vars ljus blockeras av en koronagraf för att gasplaneten ska synas. En koronagraf är ett teleskopiskt fäste som är utformat för att blockera det direkta ljuset från en stjärna eller annat ljusstarkt objekt så att närliggande föremål – som annars skulle vara dolda i objektets ljusa bländning – kan upplösa bländningen