GRAVITY-instrumentet bryder ny vej inden for exoplanet-billeddannelse

GRAVITY-instrumentet på ESO's Very Large Telescope Interferometer (VLTI) har foretaget den første direkte observation af en exoplanet ved hjælp af optisk interferometri. Denne metode afslørede en kompleks exoplanetarisk atmosfære med skyer af jern og silikater, der hvirvlede i en planet-dækkende storm. Teknikken giver unikke muligheder for at karakterisere mange af de exoplaneter, der kendes i dag.

Dette resultat blev offentliggjort i dag i et brev i bladet Astronomi og astrofysik af GRAVITY-samarbejdet, hvor de præsenterer observationer af exoplaneten HR8799e ved hjælp af optisk interferometri. Exoplaneten blev opdaget i 2010 i kredsløb om den unge hovedsekvensstjerne HR8799, som ligger omkring 129 lysår fra Jorden i stjernebilledet Pegasus.

Dagens resultat, som afslører nye egenskaber ved HR8799e, krævede et instrument med meget høj opløsning og følsomhed. GRAVITY kan bruge ESO's VLT's fire enhedsteleskoper til at arbejde sammen for at efterligne et enkelt større teleskop ved hjælp af en teknik kendt som interferometri. Dette skaber et superteleskop - VLTI - der opsamler og præcist adskiller lyset fra HR8799e's atmosfære og lyset fra dens moderstjerne.

HR8799e er en 'super-Jupiter', en verden, der ikke ligner nogen i vores solsystem, det er både mere massivt og meget yngre end nogen planet, der kredser om Solen. Kun 30 millioner år gammel, denne baby exoplanet er ung nok til at give videnskabsmænd et vindue til dannelsen af ​​planeter og planetsystemer. Exoplaneten er helt igennem ugæstfri - overskydende energi fra dens dannelse og en kraftig drivhuseffekt opvarmer HR8799e til en fjendtlig temperatur på omkring 1000 °C.

Det er første gang, at optisk interferometri er blevet brugt til at afsløre detaljer om en exoplanet, og den nye teknik tilvejebragte et udsøgt detaljeret spektrum af hidtil uset kvalitet - ti gange mere detaljeret end tidligere observationer. Holdets målinger var i stand til at afsløre sammensætningen af ​​HR8799e's atmosfære - som indeholdt nogle overraskelser.

"Vores analyse viste, at HR8799e har en atmosfære, der indeholder langt mere kulilte end metan - noget, der ikke forventes af ligevægtskemi, " forklarer teamleder Sylvestre Lacour-forsker CNRS ved Observatoire de Paris-PSL og Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. "Vi kan bedst forklare dette overraskende resultat med høje lodrette vinde i atmosfæren, der forhindrer kulilte i at reagere med brint og danne metan ."

Holdet fandt ud af, at atmosfæren også indeholder skyer af jern og silikatstøv. Når det kombineres med overskuddet af kulilte, dette tyder på, at HR8799e's atmosfære er involveret i en enorm og voldsom storm.

"Vores observationer tyder på en kugle af gas oplyst fra det indre, med stråler af varmt lys hvirvlende gennem stormfulde pletter af mørke skyer, " uddyber Lacour. "Konvektion bevæger sig rundt i skyerne af silikat- og jernpartikler, som adskilles og regner ned i det indre. Dette tegner et billede af en dynamisk atmosfære af en kæmpe exoplanet ved fødslen, gennemgår komplekse fysiske og kemiske processer."

Dette resultat bygger på GRAVITYs række af imponerende opdagelser, som har inkluderet gennembrud som sidste års observation af gas, der hvirvler med 30 % af lysets hastighed lige uden for begivenhedshorisonten for det massive sorte hul i Galaktisk Center. Det føjer også en ny måde at observere exoplaneter på til det allerede omfattende arsenal af metoder, der er tilgængelige for ESO's teleskoper og instrumenter - og baner vejen for mange flere imponerende opdagelser.

Denne forskning blev præsenteret i papiret "Første direkte detektion af en exoplanet ved optisk interferometri" i Astronomi og astrofysik .