De James Webb-ruimtetelescoop gebruikt de interferometrische modus om twee protoplaneten rond een jonge ster te detecteren

De James Webb-ruimtetelescoop spant zijn spieren met zijn interferometriemodus. Onderzoekers gebruikten het om een ​​bekend exoplaneetsysteem genaamd PDS 70 te bestuderen. Het doel? Om de interferometriemodus te testen en te zien hoe deze presteert bij het observeren van een complex doel.

De modus maakt gebruik van het NIRISS-instrument (Near-Infrared Imager and Non-Slit Spectrograph) van de telescoop als interferometer. Het wordt diafragmamaskerende interferometrie (AMI) genoemd en stelt JWST in staat het hoogste niveau van ruimtelijke resolutie te bereiken.

Een team van astronomen gebruikte de AMI van JWST om PDS 70 waar te nemen. PDS 70 is een jonge T-Tauri-ster van ongeveer 5,4 miljoen jaar oud. Op die jonge leeftijd omringt de protoplanetaire schijf hem nog steeds. PDS 70 is een goed bestudeerd systeem dat de aandacht van astronomen heeft getrokken. Het is uniek omdat de twee planeten, PDS 70 b en c, het het enige multi-planetaire protoplanetaire schijfsysteem maken dat we kennen.

De onderzoekers wilden bepalen hoe gemakkelijk AMI de twee bekende planeten van PDS 70 kon vinden en wat het nog meer in het systeem kon waarnemen.

Hun onderzoeksartikel is getiteld “James Webb Interferometer: Space Interference Detections of PDS 70 b and c at 4.8 µm.” dat het beschikbaar Op de geavanceerde printserver arXiv Het is nog niet door vakgenoten beoordeeld. Hoofdauteur is Dorie Blakely van de afdeling natuurkunde en astronomie van de Universiteit van Victoria, British Columbia, Canada.

PDS 70 staat bekend als een planetenpaar. PDS 70 b heeft een massa van ongeveer 3,2 Jupitermassa's en volgt een omlooptijd van 123 jaar. PDS 70 c heeft een massa van ongeveer 7,5 Jupiter-massa's en volgt een baan van 191 jaar. Een van de meest raadselachtige dingen aan het systeem is dat de PDS 70 b een eigen accumulatorschijf lijkt te hebben. Het systeem toont ook interessant bewijs van een derde object, mogelijk een andere ster.

De interferometrie van JWST kon beide planeten gemakkelijk detecteren. Waarnemingen hebben zelfs bewijs gevonden voor emissies van circumstellaire schijven rond PDS 70 b en c. “Onze fotometrie van PDS 70 b en c levert bewijs van schijfemissie rondom de planeet”, schreven de onderzoekers.

Dit betekent dat we de ster en zijn protoplanetaire schijf kunnen zien, waar planeten ontstaan, en de individuele planetaire schijven rond elke planeet. Op deze schijven worden manen gevormd, en het is zeer indrukwekkend om ze te zien in een systeem op 366 lichtjaar afstand.

AMI's observaties van JWST vonden ook een derde bron. Het licht ervan verschilt van het licht van een paar planeten en lijkt meer op het licht van een ster. Als het een andere planeet is, is de samenstelling ervan anders dan die van de andere planeten. Als het niet een andere planeet is, betekent dit niet noodzakelijkerwijs dat het een andere ster is. De James Webb-ruimtetelescoop kan sterlicht zien dat wordt verstrooid door een gasvormige, stoffige structuur of andere massa in de schijf.

“Dit suggereert dat wat we waarnemen niet te wijten is aan een eenvoudige structuur van de binnenste schijf, maar kan duiden op een complexe vorm van de binnenste schijf, zoals spiraalvormige of klonterige kenmerken”, leggen de onderzoekers uit.

De derde onverklaarde bron kan zelfs nog vreemder zijn. Eerder onderzoek heeft ook de bron geïdentificeerd en gesuggereerd dat het een accretiestroom zou kunnen zijn die tussen PDS 70 b en c vloeit. “We interpreteren het signaal in de directe omgeving van Planeet C als het volgen van de accretiestroom die de omtreksschijf voedt”, schreven de auteurs van het vorige artikel.

Of misschien nog spannender: de bron zou een andere planeet kunnen zijn. “Het andere scenario is dat het signaal dat we waarnemen te wijten is aan de aanwezigheid van een extra planeet binnen de baan van PDS 70 b”, leggen de auteurs uit. “Vervolgobservaties zullen nodig zijn om de aard van deze heropleving te bepalen”, schreven de auteurs.

Een deel van het succes van observaties komt voort uit wat niet ontdekt wordt. Protoplanetaire schijven zijn stoffig en moeilijk te onderzoeken. De James Webb-ruimtetelescoop heeft een voordeel omdat hij infrarood licht kan zien. Bij gebruik in de interferometrische modus is het een krachtig hulpmiddel. Het feit dat er geen andere planeten zijn ontdekt, is echter vooruitgang. “Bovendien leggen we de diepste beperkingen op aan extra planeten”, staat op een deel van de schijf. Deze beperkingen zullen toekomstige onderzoekers helpen PDS 70 en andere exoplaneetsystemen te onderzoeken.

De resultaten tonen ook een van de sterke punten van AMI aan: het vermogen om delen van de parameterruimte te zien die andere telescopen niet kunnen zien. “Bovendien laten onze resultaten zien dat NIRISS/AMI op betrouwbare wijze astrorelatieve metingen en planetaire varianties kan meten in een deel van de parameterruimte (kleine intervallen en gemiddelde tot hoge varianties) en uniek is voor deze observatiemodus, die niet voor iedereen toegankelijk is. Andere huidige faciliteiten zijn bij 4,8 µm”, leggen de auteurs uit.

De James Webb-ruimtetelescoop heeft zijn plaats al gevestigd in de geschiedenis van de astronomie. Het heeft zijn belofte waargemaakt en heeft al aanzienlijk bijgedragen aan ons begrip van het universum. De waarnemingen van de telescoop via de diafragma-masking-interferometriemodus zullen zijn plaats in de geschiedenis versterken.

“Hier hebben we, met behulp van de kracht van de James Webb-interferometer, PDS 70, de buitenste schijf en de protoplaneten b en c ontdekt. ​​Dit zijn de eerste planeten die zijn ontdekt met behulp van interferometrie in de ruimte”, schrijven de auteurs.