Webb findet Hinweise auf einen Planeten um TWA 7

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Astronomen haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop von NASA/ESA/CSA überzeugende Beweise für einen Planeten mit einer Masse ähnlich der des Saturns gefunden, der den jungen, nahegelegenen Stern TWA 7 umkreist. Sollte sich dies bestätigen, wäre dies Webbs erste direkte Entdeckung eines Planeten auf einem Bild und der leichteste Planet, der jemals mit dieser Technik beobachtet wurde.

Das internationale Team unter der Leitung von Dr. Anne-Marie Lagrange, CNRS-Forscherin am Observatoire de Paris-PSL und der Université Grenoble Alpes in Frankreich, entdeckte mithilfe des Mid-Infrared Instrument (MIRI) und seines Koronographen des JWST eine schwache Infrarotquelle in der Trümmerscheibe um TWA 7. Die Quelle befindet sich etwa 1,5 Bogensekunden vom Stern entfernt, was in der Entfernung von TWA7 etwa dem Fünfzigfachen der Entfernung der Erde zur Sonne entspricht. Dies entspricht der erwarteten Position eines Planeten, der wichtige Merkmale der Trümmerscheibe erklären würde.

Exoplanet TWA 7b — In diesem Bild von MIRI wurde das Licht des Sterns TWA 7 herausgerechnet. Die Position des Sterns ist mit einem Kreis und einem Sternsymbol in der Bildmitte markiert. Der helle Fleck rechts oben vom Stern ist die als TWA 7b identifizierte Quelle innerhalb der Trümmerscheibe. Der weiter entfernte orangefarbene Fleck links im Bild ist ein unabhängiger Hintergrundstern. – Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, AM Lagrange, M. Zamani (ESA/Webb)

Mithilfe des Koronographen an Webbs Mid-Infrared Instrument unterdrückte das Team am 21. Juni 2024 sorgfältig das helle Leuchten des Muttersterns, um schwache Objekte in der Nähe sichtbar zu machen. Diese als Hochkontrast-Bildgebung bezeichnete Technik ermöglicht es den Astronomen, Planeten direkt zu erkennen, die sonst im gleißenden Licht ihres Muttersterns verloren gehen würden. Nach der Subtraktion des restlichen Sternenlichts mittels moderner Bildverarbeitung wurde in der Nähe von TWA 7 eine schwache Infrarotquelle entdeckt, die von Hintergrundgalaxien oder Objekten des Sonnensystems unterscheidbar ist. Die Quelle befindet sich in einer Lücke in einem der drei Staubringe, die bei früheren bodengebundenen Beobachtungen um TWA 7 entdeckt wurden. Ihre Helligkeit, Farbe, Entfernung vom Stern und Position innerhalb des Rings stimmen mit den theoretischen Vorhersagen überein, die einen jungen, kalten Planeten mit der Masse des Saturns beschreiben, der die umgebende Trümmerscheibe formt.

„Unsere Beobachtungen lassen einen starken Kandidaten für einen Planeten erkennen, der die Struktur der Trümmerscheibe von TWA 7 prägt, und seine Position ist genau dort, wo wir einen Planeten dieser Masse erwartet hatten“ , sagte Dr. Lagrange.

„Dieses Observatorium ermöglicht es uns, Bilder von Planeten mit ähnlichen Massen wie denen im Sonnensystem aufzunehmen, was einen aufregenden Fortschritt in unserem Verständnis von Planetensystemen, einschließlich unseres eigenen, darstellt“, fügte Co-Autorin Mathilde Malin von der Johns Hopkins University und dem Space Telescope Science Institute in Baltimore hinzu.

Erste Analysen deuten darauf hin, dass es sich bei dem als TWA 7b bezeichneten Objekt um einen jungen, kalten Planeten mit einer Masse von etwa dem 0,3‑fachen des Jupiters (~100 Erdmassen) und einer Temperatur von etwa 320 Kelvin (etwa 47 Grad Celsius) handeln könnte. Seine Position stimmt mit einer Lücke in der Scheibe überein, was auf eine dynamische Wechselwirkung zwischen dem Planeten und seiner Umgebung hindeutet.

Mit Staub und Gestein gefüllte Trümmerscheiben finden sich sowohl um junge als auch um ältere Sterne, wobei sie bei jüngeren Sternen aufgrund ihrer Helligkeit leichter zu erkennen sind. Sie weisen oft sichtbare Ringe oder Lücken auf, die vermutlich von Planeten stammen, die sich um den Stern gebildet haben. Bisher wurde jedoch noch kein solcher Planet in einer Trümmerscheibe entdeckt. Nach Bestätigung wäre diese Entdeckung das erste Mal, dass ein Planet direkt mit der Entstehung einer Trümmerscheibe in Verbindung gebracht wird, und könnte den ersten Beobachtungshinweis auf eine Trojanische Scheibe liefern – eine Ansammlung von Staub, die in der Umlaufbahn des Planeten gefangen ist.

TWA 7, auch bekannt als CE Antilae, ist ein junger (ca. 6,4 Millionen Jahre alter) M‑Stern, der sich etwa 111 Lichtjahre entfernt in der TW Hydrae-Assoziation befindet. Seine nahezu frontale Scheibe machte ihn zu einem idealen Ziel für Webbs hochempfindliche Beobachtungen im mittleren Infrarot.

Die Ergebnisse unterstreichen Webbs Fähigkeit, bisher unentdeckte, massearme Planeten um nahe Sterne zu erforschen. Laufende und zukünftige Beobachtungen zielen darauf ab, die Eigenschaften des Kandidaten genauer einzuschränken, seinen Planetenstatus zu bestätigen und unser Verständnis der Planetenentstehung und der Scheibenentwicklung in jungen Systemen zu vertiefen. Dieses vorläufige Ergebnis zeigt die spannende neue Grenze, die JWST für die Entdeckung und Charakterisierung von Exoplaneten öffnet.

Diese Beobachtungen wurden im Rahmen des Webb-Beobachtungsprogramms #3662 durchgeführt. Die Ergebnisse wurden heute in Nature veröffentlicht.

Hintergrundinformationen

Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All geschossen wurde. Im Rahmen eines internationalen Kooperationsabkommens hat die ESA den Start des Teleskops mit der Trägerrakete Ariane 5 durchgeführt. In Zusammenarbeit mit ihren Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Ariane-5-Anpassungen für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung des Startservices durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte auch das Arbeitspferd, den Spektrographen NIRSpec, und 50% des Instruments für das mittlere Infrarot (MIRI) zur Verfügung, das von einem Konsortium aus staatlich finanzierten europäischen Instituten (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit dem JPL und der Universität von Arizona entwickelt und gebaut wurde.

Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen NASA, ESA und der Canadian Space Agency (CSA).

Bildnachweis: ESA/Webb, NASA, CSA, AM Lagrange, M. Zamani (ESA/Webb)