Att samla in detaljerad information om exoplaneter är extremt svårt. Men nu har ett team som använder avancerad teknik vid Keck-observatoriet tagit ett stort språng i exoplanetobservationen och har upptäckt vatten i atmosfären på en planet 179 ljusår bort.
Solsystemet i hjärtat av detta har en stjärna som heter HR 8799 och dess planeter: HR 8799 b, c, d och e. Systemet är 179 ljusår bort i stjärnbilden Pegasus. Stjärnan själv är en 30 miljoner år gammal huvudsekvensstjärna. Det är anmärkningsvärt av ett antal skäl, inklusive sina egna udda stellaregenskaper. Men det har varit anmärkningsvärt av ett annat viktigt skäl. 2008 meddelade forskare att de direkt hade observerat tre exoplaneter runt stjärnan - HR 8799b, c och d - med hjälp av Keck- och Gemini-teleskop. Sedan tillkännagav de 2010 upptäckten av en fjärde planet, HR 8799 e.
Det här nyaste tillkännagivandet bygger på det tidigare arbetet från 2008, och astronomerna bakom denna studie kallar det senaste tillkännagivandet för en "springbrett" på väg till bättre och bättre bilder av exoplaneter.
De nya observationerna är av HR 8799 c, som först observerades 2008. Det är en ung gigantisk gasplanet ungefär sju gånger massan av Jupiter som kretsar kring sin stjärna var 200 år. Dessa nya direktavbildade observationer bekräftar närvaron av vatten i atmosfären och bekräftar bristen på metan.
"Den här typen av teknik är exakt vad vi vill använda i framtiden för att leta efter tecken på liv på en jordliknande planet." - Dimitri Mawet, studieförfattare, Caltech och JPL.
Dessa nya observationer kommer från en potent kombination av två teleskoptekniker vid Keck. Den första är adaptiv optik. Anpassningsoptik motverkar suddighetseffekterna av jordens atmosfär. Den andra är en spektrometer på Keck 2-teleskopet som kallas Near-Infrared Cryogenic Echelle Spectrograph (NIRSPEC), en högupplöst spektrometer som fungerar i infrarött ljus.
”Den här typen av teknik är exakt vad vi vill använda i framtiden för att leta efter tecken på liv på en jordliknande planet. Vi är inte där ännu men vi marscherar framåt, säger Dimitri Mawet, docent i astronomi vid Caltech och forskningsforskare vid JPL, som Caltech förvaltar för NASA, och medförfattare till studien som presenterade dessa resultat.
De nya fynden publicerades i Astronomical Journal. Huvudförfattare är Ji Wang, tidigare postdoktor vid Caltech och nu biträdande professor vid Ohio State University.
Hittills har astronomer direkt avbildat mer än ett dussin exoplaneter. HR 8799-systemet är det första multi-planet-systemet som har direkt avbildats. Men bilderna är bara det första steget i denna studie.
När bilderna tagits kan de analyseras med avseende på den kemiska sammansättningen i deras atmosfärer. Det är här spektroskopi kommer in. I detta fall var de förfinade förmågorna hos NIRSPEC nyckeln.
NIRSPEC är ett instrument på Keck 2-teleskopet som fungerar i det infraröda L-bandet. L-bandet är en typ av infrarött ljus med en våglängd på cirka 3,5 mikrometer och ett område i spektrumet med många detaljerade kemiska fingeravtryck. "L-bandet har i stort sett förbisetts för eftersom himlen är ljusare vid denna våglängd," säger Mawet. ”Om du var en främmande med ögon inställda på L-bandet skulle du se en extremt ljus himmel. Det är svårt att se exoplaneter genom denna slöja. "
Genom att kombinera L-bandspektografi med adaptiv optik, övervann de svårigheterna med att observera en planet som är ljus som nästan drunknas ut av sin stjärna. De kunde göra exakta mätningar av planeten ännu, vilket bekräftade närvaron av vatten och frånvaron av metan.
"Just nu, med Keck, kan vi redan lära oss om fysiken och dynamiken i dessa jätteexotiska planeter, som inte liknar våra egna solsystemplaneter," säger Wang.
"Vi är nu mer säkra på bristen på metan på denna planet," säger Wang. ”Det här kan bero på blandning i planetens atmosfär. Metan, som vi kan förvänta oss att vara där på ytan, kan utspädas om konvektionsprocessen tar upp djupare lager av planeten som inte har metan. "
Mawets team förbereder sig redan för nästa och senaste instrumentet vid Keck-observatoriet. Det kallas KPIC, (Keck Planet Imager and Characterizer). KPIC kommer att använda adaptiv optik och spektroskopi, men för ännu bättre effekt. Med KPIC kommer astronomer att kunna avbilda planeter som är ännu svagare och närmare deras stjärna än HR 8799c är.
Och framtiden är ännu ljusare för exoplanetavbildning. Tekniken bakom adaptiv optik och spektroskopi som hjälpte till att föreställa denna planet kommer att tas i bruk på våra framtida teleskoper.
"KPIC är en språngbräda för vårt framtida instrument för trettio meter teleskop," säger Mawet. "För tillfället lär vi oss en hel del om de otaliga sätt som planeter i vårt universum bildar."
- Pressmeddelande: Exoplanet klippstenar
- Forskningsdokument: Detektera vatten i atmosfären hos HR 8799 c med L-band Högdispersionsspektroskopi med hjälp av adaptiv optik
- Wikipedia-post: HR 8799
- Forskningsdokument: Direkt avbildning av flera planeter som kretsar kring Star HR 8799
- Keck Observatory: Teleskopinstrumentation
