James Webb Uzay Teleskobu, yeni doğmuş bir gezegenin muhteşem görüntüsünü yakaladı.

Modern astronominin temsilcisi olarak tek bir çalışma alanı seçilecek olsaydı, şüphesiz ki, nihai hedefi bunlardan birinde veya hatta neden olmasın, "ikinci bir Dünya"da yaşam bulmak olan dış gezegenlerin aranması olurdu. Tüm bu uzak dünyalar (yazım sırasında yaklaşık altı bin) ayrıca bizimki de dahil olmak üzere gezegen sistemlerinin oluşumunu yöneten karmaşık mekanizmalar hakkında muazzam miktarda bilgi sunar. Onlarca yıldır, bu anlaşılması zor gök cisimlerini tespit etmek Herkülvari bir görevdi, ancak dört yıl önce James Webb Uzay Teleskobu'nun gelişi bir dönüm noktası oldu. Ve şimdi, teleskop 2022 , 2023 ve 2024'te başka dış gezegenler keşfetmiş olmasına rağmen, James Webb yeni doğmuş bir yıldızı çevreleyen enkaz diskine gömülü genç bir dış gezegenin olağanüstü doğrudan görüntüsünü elde etti. Bu, bu teknik kullanılarak şimdiye kadar tespit edilen en küçük dış gezegenin doğrudan görüntüsüdür.

Paris-PSL Gözlemevi'ndeki CNRS'den Fransız gökbilimci Anne-Marie Lagrange'ın Université Grenoble Alpes ile iş birliği içinde yaptığı ve yakın zamanda Nature'da yayınlanan keşif, uzay teleskobunun görünüşte sonsuz yeteneklerinin bir başka örneğidir. TWA 7 b olarak adlandırılan yeni gezegen, bugüne kadar doğrudan görüntülemeyle gözlemlenen en düşük kütleli gezegendir ve giderek daha küçük ve dolayısıyla daha Dünya benzeri dünyaların tespiti ve karakterizasyonunda önemli bir adım ileriyi temsil eden bir başarıdır.

Peki bir ötegezegenin doğrudan görüntülenmesi neden bu kadar olağanüstü zordur? Cevap, yıldızların yoğun ışığında ve gezegenlerin onlara kıyasla küçük boyutlarında yatmaktadır. Bir ötegezegeni doğrudan görüntülemek, birkaç kilometre ötedeki bir deniz fenerinin etrafında dans eden bir ateş böceğini görmeye çalışmaya benzer. Deniz feneri yıldızdır: parlaklığı o kadar baskındır ki, etrafında dönen herhangi bir gezegenin zayıf ışığını tamamen bastırır. Bu yüzden şimdiye kadar keşfedilen ötegezegenlerin büyük çoğunluğu, geçiş (bir gezegenin yıldızının önünden geçerek ışığında hafif bir azalmaya neden olması) veya radyal hız (bir gezegenin ana yıldızında neden olduğu 'kütleçekimsel salınımı' ölçen) gibi dolaylı yöntemlerle tespit edilmiştir.

Ancak bu teknikler gezegenin gerçek bir görüntüsünü sağlamaz. Bu, doğrudan görüntülemenin yaptığı bir şeydir ve gezegenin kendi ışığını, ya yıldızından yansıyan ışığını ya da daha yaygın olarak, kızılötesinde gözlemlenebilen kendi artık ısısını yakalamaya çalışır.

Ve James Webb'in olağanüstü kızılötesi yetenekleri burada devreye giriyor. Yıldız patlaması sorununu aşmak için Lagrange ve meslektaşları, teleskopun Orta Kızılötesi Aleti'ne (MIRI) takılı yeni bir koronagraf (Fransa yapımı) kullandılar, bu güçlü bir kızılötesi dedektördür. Tıpkı tam bir güneş tutulması sırasında Ay'ın ışığını engellemesi ve bilim insanlarının onun başka türlü görünmeyen atmosferini (korona) incelemesine olanak sağlaması gibi, bir koronagraf da esasen teleskopa yerleştirilmiş, uzak bir yıldızdan gelen ışığı gözlemlerken engellemek için kullanılan opak bir disk veya maskedir. Bu manevra, yıldıza yakın nesnelerden, örneğin ötegezegenlerden veya enkaz disklerinden gelen çok daha sönük ışığın kızılötesi alet tarafından algılanmasını sağlar.

MIRI'nin Webb'deki koronagrafı ise basit bir çanak değil, Lyot tipi koronagraf ve üç dört kadranlı faz maskesi (4QPM) koronagrafı dahil olmak üzere bir dizi gelişmiş teknolojiyi bünyesinde barındırıyor. Bu maskeler çok daha küçük bir 'dahili çalışma açısı' sağlıyor. Bu, yıldızın ışığını çok yakın açısal mesafelerde engelleyebilecekleri anlamına geliyor ve böylece yıldızlarına daha önce mümkün olandan çok daha yakın yörüngede dönen gezegenleri gözlemlemeyi mümkün kılıyor.

MIRI'nin koronagrafıyla gözlem süreci son derece titizdir. Yıldız ışığının çoğunu engelledikten sonra bile, gözlemleri etkileyebilecek yansıyan ışık izleri kalır. Bu kalıntı ışığı ortadan kaldırmak ve ötegezegenin daha keskin bir görüntüsünü elde etmek için gökbilimciler "referans yıldız çıkarma" tekniğini kullanırlar. Bu, tam olarak aynı alet yapılandırmasını kullanarak yakındaki, gezegensiz bir referans yıldızının gözlemlenmesini içerir. Referans yıldızın görüntüsünü hedef yıldızın (ötegezegenin olduğu) görüntüsünden çıkararak, araştırmacılar gezegenden gelen zayıf sinyali izole edebilirler.

Sanki bunlar yetmezmiş gibi, Webb ayrıca gözlem sırasında teleskopu hafifçe döndürmeyi içeren Açısal Farklı Görüntüleme (ADI) adı verilen bir teknik kullanır. Bu, gezegenin görüş alanında hareket etmesine neden olurken, teleskobun kalan ışık desenleri statik kalır ve daha sonra ortadan kaldırılmalarını kolaylaştırır. Bu yöntemlerin birleşimi sayesinde teleskop, yıldızın kendisinden bir milyon kat daha sönük nesneleri tespit edebilir.

Çalışmanın yazarları, doğrudan görüntüleme için en uygun görünen hedeflere odaklandılar. Bunlar, "kutuptan" (yani, diskleri "yukarıdan") görülebilen, yalnızca birkaç milyon yıllık genç sistemlerdi; bu çok önemlidir çünkü bu disklerdeki yeni oluşan gezegenler hâlâ sıcaktır ve bu nedenle daha fazla kızılötesi ışık yayarlar ve bu da onları Webb'in aletlerine, daha eski, daha soğuk gezegenlerden daha "parlak" hale getirir.

Yüz yüze gözlemlenebilen birkaç disk arasında, araştırmacıların dikkatini özellikle ikisi çekti, çünkü önceki gözlemler bunların içinde eşmerkezli halka benzeri yapılar ortaya çıkarmıştı. Bu, bu yapıların tanımlanamayan gezegenler ile küçük kayalık ve buzlu cisimler ('planetesimaller') arasındaki kütleçekimsel etkileşimin sonucu olduğu şüphesine yol açtı, bunlar gezegen öncesi disklerde çarpışan ve kümelenen gezegenlerin öncüleridir. TWA 7 adı verilen bu sistemlerden biri, biri özellikle dar olan ve neredeyse hiç madde içermeyen iki boş alanla çevrili olan üç açıkça ayırt edilebilir halkası nedeniyle diğerlerinden sıyrıldı.

James Webb tarafından elde edilen görüntü, dar halkanın tam kalbinde bir kızılötesi ışık kaynağı olduğunu ortaya koydu. Gözlemsel önyargıların (örneğin bir arka plan yıldızının veya bir alet eserinin varlığı) olasılığını dikkatlice eledikten sonra, Lagrange ve ekibi bunun büyük olasılıkla bir dış gezegen olduğu sonucuna vardı. Ayrıntılı simülasyonlar hipotezi doğruladı: Tahmini kütle ve konumdaki bir gezegen, tam olarak gözlemlendiği yerde ince bir halka ve bir "boşluk" oluşturabilirdi.

TWA 7 b olarak adlandırılan yeni dış gezegen, şimdiye kadar doğrudan görüntülenen dev dünyalarla karşılaştırıldığında gerçek bir hafiftir. Aslında, daha önce doğrudan görüntülenen dış gezegenlerden on kata kadar daha hafiftir. Satürn'ün kütlesine benzer olan kütlesi, Güneş Sistemimizdeki en büyük gezegen olan Jüpiter'in yaklaşık %30'udur. Bu, hala bir gaz devi olmasına rağmen TWA 7 b'nin, doğrudan görüntülenen dış gezegenler listesine hakim olan birçok "sıcak Jüpiter" veya "süper Jüpiter"den önemli ölçüde daha az kütleli olduğu anlamına gelir. Örneğin, doğrudan görüntülenen dört dev gezegene ev sahipliği yapan HR 8799 gibi sistemler (bunlardan ilki, Beta Pictoris b, 2008'de keşfedildi), TWA 7 b'den önemli ölçüde daha kütlelidir. 2024'te Webb'in MIRI cihazıyla keşfettiği ve doğrudan görüntüye sahip olduğumuz en soğuk dış gezegenlerden biri olan Epsilon Indi Ab bile Jüpiter'in kütlesinin birkaç katıdır.

Bu nedenle yeni sonuç, doğrudan görüntüleme yoluyla giderek küçülen dış gezegenlerin tespitinde yeni bir aşamayı işaret ediyor. Güneş Sistemimizdeki gaz devlerinden çok Dünya'ya benzeyen dünyalar. TWA 7 b bir "süper Dünya" olmasa da, Jüpiter'in yaklaşık 0,3 katı (Dünya'nın kütlesinin yaklaşık 100 katı) kütlesi, onu daha önce aynı yöntem kullanılarak tespit edilen devlerden önemli ölçüde daha düşük bir aralığa yerleştiriyor.

Ancak James Webb Uzay Teleskobu'nun sınırlarına henüz ulaşılamadı. Aslında bilim insanları Jüpiter'in kütlesinin yalnızca %10'u olan ve dolayısıyla Dünya'nın kütlesine daha da yakın olan gezegenlerin görüntülerini yakalamayı umuyor. Buna, özellikle ötegezegenleri aramak için tasarlanmış gelecek nesil teleskopların sahip olacağı yeni yetenekler de ekleniyor. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, gökbilimciler bu gelecekteki gözlemler için en umut verici sistemlerin bir listesine zaten sahipler.