Wetenschap
JWST gebruikt de interferometriemodus om twee protoplaneten rond een jonge ster te onthullen
De JWST spant zijn spieren met zijn interferometriemodus. Onderzoekers gebruikten het om een bekend extrasolair systeem 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 de NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) van de telescoop als interferometer. Het heet Aperture Masking Interferometry (AMI) en zorgt ervoor dat de JWST het hoogste niveau van ruimtelijke resolutie kan bereiken.
Een team van astronomen gebruikte de AMI van de JWST om het PDS 70-systeem te observeren. 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 protoplanetaire schijfsysteem met meerdere planeten maken dat we kennen.
De onderzoekers wilden bepalen hoe gemakkelijk de AMI de twee bekende planeten van de PDS 70 zou vinden en wat hij nog meer in het systeem zou kunnen waarnemen.
Hun onderzoeksartikel is getiteld "The James Webb Interferometer:Space-based interferometrische detecties van PDS 70 b en c op 4,8 µm." Het is beschikbaar op de preprint-server arXiv en is nog niet door vakgenoten beoordeeld. De hoofdauteur is Dori Blakely van de afdeling natuurkunde en astronomie van de Universiteit van Victoria, BC, Canada.
PDS 70 staat bekend om zijn paar planeten. PDS 70 b heeft een massa van ongeveer 3,2 Jupiter en volgt een omlooptijd van 123 jaar. PDS 70 c heeft een massa van ongeveer 7,5 Jupiter en volgt een baan van 191 jaar. Een van de meest raadselachtige dingen aan het systeem is dat PDS 70 b een eigen accretieschijf lijkt te hebben. Het systeem toont ook intrigerend bewijs van een derde lichaam, misschien een andere ster.
De interferometrie van de JWST kon beide planeten gemakkelijk detecteren. In feite vonden de waarnemingen bewijs van emissies rond de planetaire schijven rond PDS 70 b en c. "Onze fotometrie van zowel PDS 70 b als c levert bewijs voor emissie van circumplanetaire schijven", schrijven de onderzoekers.
Dat betekent dat we de ster en zijn protoplanetaire schijf kunnen zien, waar planeten ontstaan, en de individuele circumplanetaire schijven rond elke planeet. Op deze schijven ontstaan manen, en het is zeer indrukwekkend om ze te zien in een systeem op 366 lichtjaar afstand.
De AMI-waarnemingen van de JWST vonden ook een derde puntbron. Het licht ervan verschilt van het licht van het planetenpaar en lijkt meer op het licht van de ster. Als het een andere planeet is, is de samenstelling ervan anders dan die van de andere. Als het geen andere planeet is, wil dat nog niet zeggen dat het noodzakelijkerwijs een andere ster moet zijn. De JWST zou verstrooid sterlicht kunnen zien van een andere gasvormige, stoffige structuur of klont in de schijf.
"Dit geeft aan dat wat we waarnemen niet te wijten is aan een eenvoudige structuur van de binnenste schijf, en kan duiden op een complexe morfologie van de binnenste schijf, zoals een spiraal of klonterige kenmerken", leggen de onderzoekers uit.
De onverklaarde derde bron zou iets exotischer kunnen zijn. Eerder onderzoek identificeerde ook de bron en suggereerde dat het een accretiestroom zou kunnen zijn die tussen PDS 70 b en c stroomt. ‘We interpreteren zijn signaal in de directe omgeving van planeet c als een spoor van de accretiestroom die zijn omringende schijf voedt’, schreven de auteurs van het eerdere onderzoek.
Of misschien wel het meest opwindende:de bron zou een andere planeet kunnen zijn. “Een ander scenario is dat het signaal dat we waarnemen het gevolg is van een extra planeet binnen de baan van PDS 70 b”, leggen de auteurs uit. "Vervolgobservaties zullen nodig zijn om de aard van deze emissie te bepalen", schrijven de auteurs.
Een deel van het succes van de waarnemingen komt voort uit wat niet werd gedetecteerd. Protoplanetaire schijven zijn stoffig en moeilijk te onderzoeken. De JWST heeft een voorsprong omdat hij infrarood licht kan zien. Bij gebruik in de interferometriemodus is het een krachtig hulpmiddel. Het feit dat het er niet in is geslaagd andere planeten te detecteren, is echter vooruitgang. "Bovendien leggen we de grootste beperkingen op aan extra planeten", in een deel van de schijf. Deze beperkingen zullen toekomstige onderzoekers helpen het PDS 70-systeem en andere extrasolaire systemen te onderzoeken.
De resultaten laten ook een ander sterk punt van AMI zien:het vermogen om in delen van de parameterruimte te kijken die andere telescopen niet kunnen. “Bovendien laten onze resultaten zien dat NIRISS/AMI op betrouwbare wijze relatieve astrometrie en contrasten van jonge planeten kan meten in een deel van de parameterruimte (kleine scheidingen en matige tot hoge contrasten) dat uniek is voor deze waarnemingsmodus, en ontoegankelijk voor alle andere huidige faciliteiten. bij 4,8 µm", leggen de auteurs uit.
De JWST heeft zijn plaats al gevestigd in de geschiedenis van de astronomie. Het komt zijn belofte na en heeft al aanzienlijk bijgedragen aan ons begrip van de kosmos. De waarnemingen van de telescoop met de Aperture Masking Interferometry-modus zullen zijn plaats in de geschiedenis verder versterken.
"Hier detecteren we, met behulp van de kracht van de James Webb Interferometer, PDS 70, zijn buitenste schijf en zijn twee protoplaneten, b en c. Dit zijn de eerste planeten die zijn gedetecteerd met interferometrie in de ruimte", schrijven de auteurs.