由MPIA领导的一个天文学家小组使用詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)拍摄了一颗新行星,该行星在附近的EpsilonIndi恒星系统中围绕一颗恒星运行。这颗行星是一个寒冷的超级木星,温度约为0摄氏度,轨道宽,与海王星围绕太阳的轨道相当。

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这个测量是由James&Middot实现的。韦伯太空望远镜拥有前所未有的热红外成像能力。这表明有可能找到更多质量,温度和轨道与木星相似的行星。研究它们将提高我们对气体巨人如何随着时间的推移形成和演化的理解。

海德堡Max&Middot伊丽莎白,普朗克天文学研究所研究员·Matthews 说: ““当我们意识到我们已经拍摄了这颗新行星的照片时,我们非常兴奋。”她是《自然》杂志上发表的一篇基础研究论文的主要作者。

Matthews 说:“令我们惊讶的是,MIRI图像中出现的亮点与我们预期的行星位置不符。以前的研究正确地确定了系统中的一颗行星,但低估了超级木星的质量和轨道分离。”关于James &Middot在韦伯太空望远镜的帮助下,该团队能够澄清事实。

这种检测在许多方面都非常不寻常。它展示了JWST拍摄的第一颗系外行星,这是以前从未在地球上拍摄过的,并且比JWST迄今为止研究的气体行星要冷得多。“图片 ”这意味着行星在图像上看起来像一个亮点,因此是直接的证明。凌日法和径向速度法是间接证据,因为行星只能通过它们的间接效应来证明自己。

JWST 观测值更新了先前的测量结果

这颗行星围绕EpsilonIndi(EpsInd)旋转,这是附近恒星系统的主要组成部分。天文标记惯例将EpsIndA标记为宿主恒星,这是一颗比太阳稍小且较冷的红矮星。要构造行星的名称,请添加一个“B&Rdquo;因此,它被命名为EpsIndAb。

这个缩放视频以EpsIndA恒星为中心的广阔天空视图开始,并以James Webb太空望远镜MIRI成像仪拍摄的EpsIndAb图像结束。图片来源:T.M&UUMLLler(MPIA / HDA),E。马修斯(MPIA)

新的JWST数据与超级木星的数据相匹配,其质量是太阳系中木星的六倍。EpsIndAb以偏心轨道绕其宿主恒星运行,与EpsIndA的最大距离应该在20到40个天文单位之间。

一个天文单位是地球和太阳之间的平均距离,大约1.5亿公里。新的价值与以前的研究结果大不相同,因此该团队选择将其命名为。新 ”星球。

冷行星,热科学

到目前为止,只有少数已知的气体巨行星围绕太阳时代的恒星运行,这些行星是通过径向速度测量间接推断出来的。通过对行星的成像和光谱测量,天文学家可以研究它们的大气层,并根据计算机模型跟踪行星系统的演变。

研究完全稳定的行星系统中的行星有助于解决关于行星演化的后续阶段的剩余问题,并完善我们对行星形成和演化的总体理解。

最近的观测为发现其他类似的气体巨行星铺平了道路。这将使天文学家能够研究一类新的系外行星,并将它们与太阳系中的气态巨行星进行比较。

如何发现冷行星

然而,使用传统的探测方法很难发现这些行星。远离宿主恒星的行星通常非常寒冷,并且不会像热木星那样在几颗恒星的距离内围绕恒星运行。宽的轨道不太可能沿着视线排列以产生过境信号。此外,当你只能监测轨道的一小部分时,用径向速度方法测量它们的信号是困难的。

以前的研究试图使用径向速度测量来研究围绕EpsIndA运行的巨型行星。然而,推断出轨道的一小部分可能会导致对该行星属性的错误结论。毕竟,EpsIndAb需要大约200年才能绕恒星运行。几年的观测还不足以精确地确定轨道。

因此,Matthews的团队找到了不同的方法。他们想用通常称为直接成像的方法拍摄已知行星的照片。由于系外行星的宿主恒星非常明亮,因此它们比附近的任何其他物体都要明亮。普通的相机被明亮的星光所淹没。

为此,该团队使用了JWST的MIRI(中红外仪器)相机,该相机配备了一个日冕。这个面具像人造日食一样覆盖星星。另一个优点是,EpsInd距离地球只有12光年。与恒星的距离越小,图像中两个物体之间的距离就越大,这使得主星的干扰更有可能被减轻。MIRI是完美的选择,因为它可以在热或中红外波段进行观测,而冷物体发出明亮的光。

我们对EpsIndab了解多少?

Matteo 说: “我们在数据中发现了一个与预测的系外行星不匹配的信号。”图像中的亮点不在预期的位置。“这颗行星看起来像一颗巨大的行星。”Matthew补充说。然而,在做出这样的评估之前,天文学家必须排除信号来自与EpsIndA无关的背景源的可能性。

“它总是很难确定,但数据表明,信号来自外部背景源的可能性非常小。另一位MPIA科学家和该研究的共同作者Leindert Boogaard解释说。

事实上,在浏览天文数据库中的其他EpsInd观测时,该团队偶然发现了2019年使用ESO超大望远镜(VLT)上的VISIR红外相机获得的图像数据。在审查了这些图像后,研究小组发现了一个微弱的物体,当JWST拍摄的光源属于EpsIndA时,它应该在哪里出现。

科学家们还试图通过三种可用的彩色图像来理解地球的大气层:两种来自JWST / MIRI,一种来自VLT / VISIR。EpsIndAb 在短波中比预期更暗。这可能表明存在大量的重元素,特别是构成甲烷,二氧化碳和一氧化碳等分子的碳,这些分子通常存在于气体巨人中。或者它可能表明这颗行星有一个多云的大气层。但是,需要做更多的工作才能得出明确的结论。

计划与前景

这项工作只是表征EpsIndAb的第一步。该论文的共同作者、MIRI仪器联合PI MPIA名誉主任Thomas Henning说:“我们的下一个目标是获取能够为我们提供地球气候和化学成分的详细指纹的光谱。”

Matteo 说: “从长远来看,我们希望能够观察到附近的其他行星系统,寻找可能尚未被发现的气体巨行星。这些调查将为更好地了解气体行星如何形成和演化奠定基础。”