Hoewel we nu duizenden exoplaneten kennen - planeten rond andere sterren - is de overgrote meerderheid van onze kennis indirect. Dat is, wetenschappers hebben niet echt veel foto's gemaakt van exoplaneten, en vanwege de beperkingen van de huidige technologie, we kunnen deze werelden alleen als lichtpuntjes zien. Echter, het aantal exoplaneten dat direct in beeld is gebracht, groeit in de loop van de tijd. Wanneer NASA's James Webb Space Telescope in 2021 wordt gelanceerd, het opent een nieuw venster op deze exoplaneten, ze observeren op golflengten waarop ze nog nooit eerder zijn gezien en nieuwe inzichten krijgen over hun aard.

Exoplaneten staan ​​dicht bij veel helderdere sterren, dus hun licht wordt over het algemeen overweldigd door het licht van de gaststerren. Astronomen vinden een exoplaneet meestal door de aanwezigheid ervan af te leiden op basis van het dimmen van het licht van de moederster terwijl de planeet voor de ster passeert - een gebeurtenis die een 'transit' wordt genoemd. Soms trekt een planeet aan zijn ster, waardoor de ster licht wiebelt.

In enkele gevallen is wetenschappers hebben foto's gemaakt van exoplaneten met behulp van instrumenten die coronagrafen worden genoemd. Deze apparaten blokkeren de schittering van de ster op vrijwel dezelfde manier waarop u uw hand zou kunnen gebruiken om het licht van de zon te blokkeren. Echter, het vinden van exoplaneten met deze techniek is erg moeilijk gebleken. Dat zal allemaal veranderen met de gevoeligheid van Webb. Met de coronagrafen aan boord kunnen wetenschappers exoplaneten bekijken op infrarode golflengten waarin ze ze nog nooit eerder hebben gezien.

Unieke mogelijkheden van Webb

Coronagrafen hebben iets belangrijks gemeen met verduisteringen. Tijdens een zonsverduistering, de maan blokkeert het licht van de zon, waardoor we sterren kunnen zien die normaal gesproken overweldigd zouden worden door de schittering van de zon. Astronomen profiteerden hiervan tijdens de zonsverduistering van 1919, 100 jaar geleden op 29 mei, om de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein te testen. evenzo, een coronagraaf fungeert als een "kunstmatige zonsverduistering" om het licht van een ster te blokkeren, waardoor planeten die anders verloren zouden gaan in de schittering van de ster, kunnen worden gezien.

"De meeste planeten die we tot nu toe hebben gedetecteerd, zijn ongeveer 10, 000 tot 1 miljoen keer zwakker dan hun gastheerster, ", legt Sasha Hinkley van de Universiteit van Exeter uit. Hinkley is de hoofdonderzoeker van een van Webb's eerste observatieprogramma's om exoplaneten en exoplanetaire systemen te bestuderen.

"Er is, ongetwijfeld, een populatie van planeten die zwakker zijn dan dat, die hogere contrastverhoudingen hebben, en zijn mogelijk verder van hun sterren verwijderd, ' zei Hinkley. 'Met Webb, we zullen planeten kunnen zien die groter zijn dan 10 miljoen, of optimistisch, 100 miljoen keer zwakker." Om hun doelen te observeren, het team zal beeldvorming met hoog contrast gebruiken, die dit grote verschil in helderheid tussen de planeet en de ster onderscheidt.

Webb zal in staat zijn om zijn doelen in het midden-infrarood te observeren, die onzichtbaar is voor het menselijk oog, maar met een gevoeligheid die enorm superieur is aan enig ander observatorium dat ooit is gebouwd. Dit betekent dat Webb gevoelig zal zijn voor een klasse planeet die nog niet is gedetecteerd. specifiek, Saturnusachtige planeten die zich op zeer brede baanafstanden van hun moederster bevinden, kunnen zich binnen het bereik van Webb bevinden.

"Ons programma kijkt naar jonge, nieuw gevormde planeten en de systemen die ze bewonen, ", legt co-hoofdonderzoeker Beth Biller van de Universiteit van Edinburgh uit. "Webb zal ons in staat stellen dit veel gedetailleerder te doen en op golflengten die we nog nooit eerder hebben onderzocht. Het is dus van vitaal belang om te begrijpen hoe deze objecten zich vormen, en hoe deze systemen zijn."

De wateren testen

De observaties van het team zullen deel uitmaken van het Discretionary-Early Release Science-programma van de regisseur, die tijd geeft aan geselecteerde projecten in het begin van de missie van de telescoop. Met dit programma kan de astronomische gemeenschap snel leren hoe ze de mogelijkheden van Webb het beste kunnen gebruiken, terwijl het ook robuuste wetenschap oplevert.

"Met ons ERS-programma, we zullen echt 'de wateren testen' om inzicht te krijgen in hoe Webb presteert, "zei Hinkley. "We hebben echt het beste begrip van de instrumenten nodig, van de stabiliteit, van de meest effectieve manier om de gegevens na te verwerken. Onze observaties zullen onze gemeenschap vertellen wat de meest efficiënte manier is om Webb te gebruiken."

de doelen

Het team van Hinkley zal alle vier de instrumenten van Webb gebruiken om drie doelen te observeren:een recent ontdekte exoplaneet; een object dat ofwel een exoplaneet of een bruine dwerg is; en een goed bestudeerde ring van stof en planetesimalen die rond een jonge ster draaien.

• Exoplaneet HIP 65426b:Deze nieuw ontdekte, direct in beeld gebrachte exoplaneet heeft een massa tussen zes en twaalf keer die van Jupiter en draait om een ​​ster die heter is dan en ongeveer twee keer zo zwaar als onze zon. De exoplaneet is ongeveer 92 keer verder van zijn ster verwijderd dan de aarde van de zon. De grote afstand tussen deze jonge planeet en zijn ster betekent dat de waarnemingen van het team veel minder worden beïnvloed door de heldere schittering van de gastster. Hinkley en zijn team zijn van plan om de volledige reeks coronagrafen van Webb te gebruiken om dit doelwit te bekijken.
• Planetaire massa metgezel VHS 1256b:Een object ergens rond de grens van de planeet/bruine dwerg, VHS 1256b is ook ver verwijderd van zijn rode dwergster - ongeveer 100 keer de afstand tussen de aarde en de zon. Door de brede scheiding waarnemingen van dit object worden veel minder snel beïnvloed door ongewenst licht van de gastster. Naast beeldvorming met hoog contrast, het team verwacht een van de eerste "onbeschadigde" spectra van een planeetachtig lichaam te krijgen op golflengten waar deze objecten nog nooit eerder zijn bestudeerd.
• Circumstellaire puinschijf:Al meer dan 20 jaar, wetenschappers hebben een ring van stof en planetesimalen bestudeerd die rond een jonge ster met de naam HR 4796A draaien, die ongeveer twee keer zo zwaar is als onze eigen zon. Astronomen denken dat de meeste planetenstelsels op hun vroegste leeftijd waarschijnlijk veel op HR 4796A en zijn puinring leken, waardoor dit een bijzonder interessant doel is om te bestuderen. Het team zal de contrastrijke beeldvorming van Webb's coronagrafen gebruiken om de schijf in verschillende golflengten te bekijken. Hun doel is om te zien of de structuren van de schijf er anders uitzien van golflengte tot golflengte.

Het programma plannen

Om dit Early Release Science-programma te plannen, Hinkley stelde zoveel mogelijk leden van de astronomische gemeenschap de simpele vraag:als je een onderzoek wilt plannen om naar exoplaneten te zoeken, wat zijn de vragen waarop u de antwoorden nodig heeft voor het plannen van uw enquêtes?

"We kwamen met een reeks observaties waarvan we denken dat ze die vragen zullen beantwoorden. We gaan de gemeenschap vertellen dat dit de manier is waarop Webb in deze modus presteert, dit is het soort gevoeligheid dat we krijgen, en dit is het soort contrast dat we bereiken. En we moeten dat snel omdraaien en de gemeenschap informeren, zodat ze hun voorstellen echt kunnen voorbereiden, heel snel."

Het team is verheugd om hun doelen te zien in golflengten die nog nooit eerder zijn gedetecteerd, en om hun kennis te delen. Volgens Biller, "We konden jaren geleden zien dat voor sommige van de planeten die we al hebben ontdekt, Webb zou echt transformerend zijn."

De James Webb Space Telescope wordt 's werelds belangrijkste ruimtewetenschappelijke observatorium wanneer hij in 2021 wordt gelanceerd. Webb zal mysteries in ons zonnestelsel oplossen, verder kijken naar verre werelden rond andere sterren, en onderzoek de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. Webb is een internationaal programma onder leiding van NASA met haar partners, ESA (European Space Agency) en de Canadian Space Agency.