Det er ekstremt vanskelig å samle detaljert informasjon om eksoplaneter. Men nå har et team som bruker avansert teknologi ved Keck-observatoriet tatt et stort sprang i observasjonen av exoplanet og har oppdaget vann i atmosfæren til en planet 179 lysår unna.
Solsystemet i hjertet av denne har en stjerne kalt HR 8799, og planetene: HR 8799 b, c, d og e. Systemet ligger 179 lysår unna i stjernebildet Pegasus. Stjernen i seg selv er en 30 millioner år gammel hovedsekvensstjerne. Det er bemerkelsesverdig av en rekke grunner, inkludert egne rare stellaregenskaper. Men det har vært bemerkelsesverdig av en annen viktig grunn. I 2008 kunngjorde forskere at de direkte hadde observert tre eksoplaneter rundt stjernen - HR 8799b, c og d - ved hjelp av Keck og Gemini-teleskopene. I 2010 kunngjorde de oppdagelsen av en fjerde planet, HR 8799 e.
Denne nyeste kunngjøringen bygger på det tidligere arbeidet fra 2008, og astronomene bak denne studien kaller den siste kunngjøringen en ‘springbrett’ på vei mot bedre og bedre bilder av eksoplaneter.
De nye observasjonene er av HR 8799 c, først observert i 2008. Det er en ung gigantisk gassplanet som er omtrent 7 ganger massen av Jupiter som går i bane rundt stjernen hvert 200 år. Disse nye direkte avbildede observasjonene bekrefter tilstedeværelsen av vann i atmosfæren, og bekrefter mangelen på metan.
"Denne typen teknologi er nøyaktig hva vi ønsker å bruke i fremtiden for å se etter livstegn på en jordlignende planet." - Dimitri Mawet, studieforfatter, Caltech og JPL.
Disse nye observasjonene stammer fra en potent kombinasjon av to teleskopteknologier på Keck. Den første er adaptiv optikk. Adaptiv optikk motvirker uskarpe effekter av jordens atmosfære. Det andre er et spektrometer på Keck 2-teleskopet kalt Near-Infrared Cryogenic Echelle Spectrograph (NIRSPEC), et høyoppløselig spektrometer som fungerer i infrarødt lys.
“Denne typen teknologi er nøyaktig hva vi ønsker å bruke i fremtiden for å se etter livstegn på en jordlignende planet. Vi er ikke der ennå, men vi marsjerer fremover, sier Dimitri Mawet, førsteamanuensis i astronomi ved Caltech og forsker ved JPL, som Caltech administrerer for NASA, og medforfatter av studien som presenterte disse funnene.
De nye funnene ble publisert i Astronomical Journal. Hovedforfatter er Ji Wang, tidligere postdoktor ved Caltech og nå adjunkt ved Ohio State University.
Så langt har astronomer direkte avbildet mer enn et dusin eksoplaneter. HR 8799-systemet er det første multi-planet-systemet som har blitt direkte avbildet. Men bildene er bare det første trinnet i denne studien.
Når de er tatt, kan bildene analyseres for den kjemiske sammensetningen i atmosfærene. Det er her spektroskopi kommer inn. I dette tilfellet var de raffinerte evnene til NIRSPEC nøkkelen.
NIRSPEC er et instrument på Keck 2-teleskopet som opererer i det infrarøde L-båndet. L-båndet er en type infrarødt lys med en bølgelengde på rundt 3,5 mikrometer, og et område av spekteret med mange detaljerte kjemiske fingeravtrykk. "L-bandet har i stor grad blitt oversett før fordi himmelen er lysere på denne bølgelengden," sier Mawet. "Hvis du var en romvesen med øynene innstilt på L-bandet, ville du se en ekstremt lys himmel. Det er vanskelig å se eksoplaneter gjennom dette sløret. "
Ved å kombinere L-bånd-spektografi med adaptiv optikk, overvant de vanskelighetene med å observere en planet som er lys, som nesten drukner ut av stjernen. De var i stand til å gjøre de nøyaktige målingene ennå av planeten, og bekreftet tilstedeværelsen av vann og fraværet av metan.
"Akkurat nå, med Keck, kan vi allerede lære om fysikken og dynamikken til disse gigantiske eksotiske planetene, som ikke ligner våre egne solsystemets planeter," sier Wang.
"Vi er nå mer sikre på mangelen på metan på denne planeten," sier Wang. "Dette kan skyldes blanding av planetens atmosfære. Metan, som vi forventer å være der på overflaten, kan bli fortynnet hvis konveksjonsprosessen bringer opp dypere lag av planeten som ikke har metan. "
Mawets team forbereder seg allerede på neste og nyeste instrument på Keck-observatoriet. Det kalles KPIC (Keck Planet Imager and Characterizer). KPIC vil bruke adaptiv optikk og spektroskopi, men for enda bedre effekt. Med KPIC vil astronomer kunne avbilde planeter som er enda svakere, og nærmere stjernen enn HR 8799c er.
Og fremtiden er enda lysere for avbildning av exoplanet. Teknologien bak adaptiv optikk og spektroskopi som bidro til å avbilde denne planeten vil bli tatt i bruk på våre fremtidige teleskoper.
"KPIC er et springbrett for vårt fremtidige tretti meter teleskopinstrument," sier Mawet. "Foreløpig lærer vi mye om de mange måtene planetene i universet former seg på."
- Pressemelding: Exoplanet stepping steiner
- Forskningsoppgave: Detektering av vann i atmosfæren til HR 8799 c med L-bånd High-dispersion Spectroscopy Hjulpet av Adaptive Optics
- Wikipedia-oppføring: HR 8799
- Forskningsoppgave: Direkte avbildning av flere planeter som kretser rundt Star HR 8799
- Keck Observatory: Teleskopinstrumentering
