- Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) verzeichnet damit den ersten Fall einer direkten Aufnahme eines Planeten außerhalb unseres Sonnensystems
- Das Forschungsteam blockierte das starke Licht des Zentralsterns, um ein schwaches Infrarotsignal zu erfassen, und stufte das Objekt als Exoplaneten-Kandidaten ein
- Der Planet hat eine Masse nahe der des Saturn und umkreist den Stern TWA 7 in einer Entfernung, die 50-mal größer ist als die Distanz Erde-Sonne
- Mit dem charakteristischen Koronografen und Bildverarbeitungstechniken des Teleskops wurde im Unterschied zu bisherigen indirekten Entdeckungsmethoden ein direktes Bild gewonnen
- Die Entdeckung gilt als wichtiger Wendepunkt für das Verständnis der Vielfalt und Entwicklung von Exoplanetensystemen
Erste direkte Aufnahme eines Exoplaneten durch das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST)
Nachweis eines Infrarotsignals und Entdeckung eines Exoplaneten-Kandidaten
- Astronomen entdeckten mit dem JWST in der Trümmerscheibenstruktur um den jungen Stern TWA 7, der etwa 111 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, eine schwache Infrarotquelle
- Diese Lichtquelle ist mit hoher Wahrscheinlichkeit ein bislang nicht offiziell erfasster Exoplanet; sollte sich das bestätigen, wäre es der erste Exoplanet, den das JWST direkt aufgenommen hat
Bedeutung bisheriger indirekter Entdeckungsmethoden und der neuen Direktaufnahme
- Die meisten bisher entdeckten Exoplaneten wurden durch indirekte Nachweismethoden bestätigt, etwa über die feinen Schatten, die entstehen, wenn ein Planet vor seinem Stern vorbeizieht
- Laut der neu veröffentlichten Studie ist dies der erste dokumentierte Fall, in dem das James-Webb-Weltraumteleskop ein direktes Bild aufgenommen hat
Beobachtungsmethode und die Rolle des Koronografen
- Planeten um ferne Sterne sind normalerweise sehr schwer nachzuweisen, weil sie vom Licht ihres Zentralsterns überstrahlt werden
- Das Forschungsteam nutzte einen Koronografen, der das starke Sternenlicht blockiert, um schwache Objekte in der Umgebung zu beobachten, und entfernte mit fortschrittlicher Bildverarbeitung auch die verbleibende Blendung
- So konnte die schwache Infrarotquelle in der Umgebung von TWA 7 direkt abgebildet werden
Eigenschaften und Bedeutung des Kandidatenplaneten (TWA 7 b)
- Die Wahrscheinlichkeit, dass die beobachtete Infrarotquelle eine Hintergrundgalaxie ist, liegt bei nur etwa 0,34 %; die meisten Hinweise sprechen daher dafür, dass es sich um einen neuen Exoplaneten namens TWA 7 b handelt
- Er hat eine dem Saturn ähnliche Masse und befindet sich bei einer Temperatur von etwa 120 Grad Fahrenheit in einer Lücke zwischen drei Staubbändern
- Seine Entfernung zum Stern beträgt das 50-Fache der Distanz zwischen Erde und Sonne
- Da Position und Masse des Planeten offenbar die Form der Trümmerscheibe beeinflusst haben, liefert die Entdeckung auch Erkenntnisse darüber, wie Exoplaneten die Struktur von Scheiben formen
Simulationen und zusätzliche Bestätigung
- Das Forschungsteam visualisierte das Exoplanetensystem mit Computersimulationen und erreichte dabei eine hohe Übereinstimmung mit den Teleskopbildern
- Dadurch stieg die Zuverlässigkeit der Annahme, dass der Planet tatsächlich existiert
Ein neuer Horizont für die Erforschung von Exoplanetensystemen
- Diese Aufnahme stellt einen wichtigen Fortschritt bei der direkten Abbildung von Exoplaneten mit Saturn-Masse dar
- Die herausragende Leistungsfähigkeit des James-Webb-Weltraumteleskops eröffnet neue Möglichkeiten für die Suche nach massearmen, weit entfernten Exoplaneten, die mit bisherigen Technologien nur schwer zugänglich waren
- Solche Entdeckungen tragen dazu bei, das Verständnis der Entstehung und Entwicklung von Exoplanetensystemen zu vertiefen
Fazit
- Dr. Lagrange erklärte, das Team habe „einen Planeten dieser Masse genau an der erwarteten Position gefunden“, und bewertete die Beobachtungsleistung des JWST als neues Fenster für die Exoplanetenforschung
- Mit weiteren direkten Beobachtungen dürfte die Forschung zur Vielfalt von Planetensystemen und zu ihrer Entwicklung weiter an Dynamik gewinnen
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Falls sich das jemand fragt: Ich möchte erklären, dass wir noch sehr weit davon entfernt sind, ein Bild dieses Planeten – oder irgendeines Exoplaneten – mit mehr als 1 Pixel zu bekommen.
Um diesen Planeten aus 110 Lichtjahren Entfernung mit 100x100 Pixeln (also in etwa Symbolgröße) abzubilden, bräuchte man ein Teleskop mit einem Durchmesser von ungefähr 450 Kilometern.
Das ist eine physikalische Grenze, die durch die Wellenlänge des Lichts bestimmt wird.
Das Beste, was man machen könnte, wäre, zwei Knoten im Weltraum 450 Kilometer voneinander entfernt zu platzieren und ein optisches Interferometer zu bauen, das auf eine einzige Wellenlänge synchronisiert ist, aber das wäre eine wirklich heikle Ingenieursaufgabe.
Es gibt allerdings eine bessere Methode.
Wenn man die Sonne als Gravitationslinse nutzt und eine Sonde bei 542 AE positioniert, könnte man die Oberfläche eines 98 Lichtjahre entfernten Planeten mit einer Auflösung von 25 Kilometern erfassen.
Das wäre ein enorm umfangreiches und langwieriges Unterfangen, läge aber selbst mit der heutigen Technologie der Menschheit nicht außerhalb des grundsätzlich Machbaren.
Referenz: Solar gravitational lens - Wikipedia
Verwandte NASA-Missionsbeschreibung: Direct multipixel imaging and spectroscopy of an exoplanet with a solar gravitational lens mission
Wenn man die Bedingung aufgibt, ein Bild in für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängen zu bekommen, ist Abbildung mit Radioteleskopen möglich.
Wir verfügen bereits über diese Fähigkeit, aber die Grenze von Radiointerferometern ist, dass sie zwar eine extrem große Apertur haben können, der Kontrast jedoch sehr niedrig wird.
Wenn man erst einmal das gesamte Signal des Sterns herausgerechnet hat, dürfte das Signal des Planeten im Rauschen untergehen.
Dasselbe Problem würde auch bei einem optischen Interferometer auftreten.
LIGO, der bekannte Gravitationswellendetektor, besteht aus zwei 4 km langen Armen.
Laut der offiziellen LIGO-Seite kann das System bei maximaler Empfindlichkeit selbst Änderungen des Abstands zwischen den Spiegeln um 1/10.000 der Breite eines Protons erkennen.
Das entspräche dem Erfassen einer Distanzänderung bis zu einem nahen Stern (4,2 Lichtjahre entfernt), die so klein ist wie die Dicke eines menschlichen Haares.
Deshalb denke ich, dass es machbar wäre, zwei Teleskope 450 km voneinander entfernt auf sichtbare Wellenlängen zu synchronisieren – rein theoretisch, wenn man nur genug Geld darauf wirft.
Ich frage mich, wie groß ein Teleskop, Spiegel oder eine Linse sein müsste, um etwas im Alpha-Centauri-System (4,37 Lichtjahre entfernt) aufzunehmen.
Außerdem frage ich mich, ob es möglich wäre, ein großes Gebiet abzuscannen und dann mehrere kleine Bilder zu einem Gesamtbild zusammenzusetzen.
Ich frage mich, ob damit gemeint ist, dass mein Bild eines Exoplaneten mit 1 Pixel gelogen ist.
Es wird eine Echt/Fake-Debatte angestoßen, indem behauptet wird, das Bild auf der verlinkten Website sei größer als 1 Pixel.
Im HN-Titel steckt ein subtiler Fehler.
Das ist nicht das erste direkte Bild eines Exoplaneten, das JWST aufgenommen hat.
Es gibt einen NASA-Artikel zu mehreren Exoplanetenbildern von JWST aus dem März 2023.
Im Originalartikel fehlte beim Ausdruck „direct image discovery“ das Schlüsselwort discovery.
Mit anderen Worten: Dies ist der erste Fall, in dem ein zuvor unbekannter Exoplanet per direkter Abbildung „entdeckt“ wurde.
Ich finde, dass die leitende Forscherin Anne-Marie Lagrange einen wirklich großartigen Namen hat, und frage mich, ob er etwas mit den Lagrange-Punkten zu tun hat.
Wikipedia-Link dazu, was Lagrange-Punkte sind
Ich habe diese Wissenschaftlerin gerade erst kennengelernt, aber ihre Karriere ist beeindruckend.
Wikipedia-Link zu Anne-Marie Lagrange
Zu der Bemerkung, dass der Nachname „Lagrange“ ungewöhnlich gut zur Wissenschaft passe: In Scopus gibt es ganze 390 Forscherprofile mit dem Namen Lagrange.
Es ist kein besonders häufiger Nachname, aber auch kein seltener, daher gibt es in der Wissenschaft mehrere Personen mit diesem Namen, unabhängig davon, ob sie direkte Nachfahren von Joseph-Louis Lagrange sind oder nicht.
Ich hatte genau denselben Gedanken.
Ich sehe darin ein weiteres Beispiel für nominative determinism, also die Vorstellung, dass Namen das Schicksal beeinflussen.
Es wird die Passage zitiert, dass das Team von Lagrange mit Computermodellen Bilder eines wahrscheinlichen Planetensystems erstellt habe und sich sicher gewesen sei, dass es sich um einen Planeten handle, weil diese mit dem tatsächlichen Teleskopbild übereinstimmten.
Solche Forschung ist großartig, und ich habe keinen Grund, daran zu zweifeln, aber Modelle dieser Art sind schwache Belege, wenn es darum geht, eine Hypothese zu stützen.
Modelle entstehen auf Basis von Annahmen und Erwartungen und sind deshalb nicht die Daten selbst.
Es wird zitiert, dass das neue Infrarotsignal auch eine Hintergrundgalaxie sein könnte.
Ein solches Maß an Unsicherheit wirkt fast komisch.
So nach dem Motto: „Wir scheinen etwas aufgenommen zu haben, aber in Wirklichkeit könnte es auch eine Ansammlung von Milliarden viel größerer und weiter entfernter Objekte sein.“
Wenn er allerdings in 50 AE Entfernung einen kleinen Stern umkreist, dürfte das ziemlich lange dauern.
JWST ist ein Wunderwerk der Ingenieurskunst.
Gleichzeitig ist es eine Maschine, die auf die Grenzen der Raketentechnik der 1990er ausgelegt wurde, und wenn heute weiter moderne superschwere Trägersysteme entwickelt werden, kann man sich vorstellen, wie viel weiter künftige Weltraumteleskope kommen werden.
Mein Traum ist, dass sich Teleskope eines Tages einem „Van-Leeuwenhoek-Moment“ annähern – also jener Erfahrung, als durch das Mikroskop die Welt der Mikroorganismen sichtbar wurde.
Dann, so stelle ich es mir vor, werden wir auf einen Blick die Raumschiffe sehen, die in der ganzen Galaxie herumwimmeln.
Gleichzeitig ist es schade, dass man nicht einen JWST-Zwilling oder sogar noch mehr Geräte gebaut hat, denn die zusätzlichen Kosten wären vermutlich nicht einmal so groß gewesen.
Jetzt gibt es auch SpaceX-Raketen, also könnte man ruhig mutiger werden.
Es ist nicht einfach, eine große Nutzlast auf JWST-Niveau zu entwickeln, wenn man dabei von einem Trägersystem ausgeht, das noch nicht verifiziert ist.
Bevor man eine Mission plant, die auf Jahrzehnte angelegt ist, muss man in der Realität warten, bis ein System, das sich noch „in Entwicklung“ befindet, wirklich validiert ist.
Interessant ist, dass die hier verwendete Beobachtungstechnik in Richtung solcher Planeten verzerrt ist, die weiter von ihrem Stern entfernt sind und sich deshalb leichter entdecken lassen.
Im Gegensatz dazu sind die derzeit weit verbreiteten Methoden wie Dopplerverschiebung oder Light-Curve-Analyse besser darin, Planeten zu finden, die dicht an ihrem Stern kreisen.
Wenn man beide Ansätze kombiniert, könnte man die Verteilung von Planeten besser verstehen.
Ich wusste auch nicht, dass es bereits so viele direkt fotografierte Exoplaneten gibt.
Wikipedia-Link zur Liste der bislang direkt beobachteten Exoplaneten
Ich will die Leistung von JWST nicht schmälern; keine einzige davon ist nicht beeindruckend.
Im Artikel wird JWST an einer Stelle fälschlich als JSWT geschrieben.
Ich frage mich, ob hier jemand ist, der das korrigieren kann.