האסטרונומיה עשתה צעד נוסף קדימה בחקר עולמות רחוקים הודות לתמונה חסרת תקדים: טלסקופ החלל ג'יימס ווב צילם ישירות כוכב לכת קר מחוץ למערכת השמש, הממוקם במרחק של 12 שנות אור בלבד מכדור הארץ. זהו אפסילון אינדי אב , ענק גזים שמאפייניו מאפשרים לנו להציץ בהיסטוריה האבולוציונית של מערכת השמש שלנו בדיוק חסר תקדים.
הפעם, חוקרים השתמשו בקורונגרף המתקדם של מכשיר MIRI (אינפרא אדום אמצעי) כדי להפריד את אור כוכב הלכת מהבהירות המסנוורת של כוכב המארח שלו, אפסילון אינדי A. התוצאה היא התמונה החדה והמפורטת ביותר של כוכב לכת חוץ-שמשי כה קר שהושגה עד כה, אבן דרך שהתאפשרה רק הודות לטכנולוגיה החלוצית של ווב.
גילוי אפסילון אינדי אב רלוונטי לא רק בגלל קרבתו לכדור הארץ, אלא גם בגלל נדירותו: כוכבי לכת מסוג זה, עם טמפרטורות כה נמוכות ונצפו ישירות, בקושי מונים כמה עשרות ברשומות הנוכחיות.
דיוקן יוצא דופן: אפסילון אינדי אב, כוכב הלכת האקזו-קר הנחקר ביותר
כוכב הלכת אפסילון אינדי אב סיקרן את הקהילה המדעית במשך שנים. קיומו היה ידוע הודות למדידות עקיפות, במיוחד באמצעות טכניקת המהירות הרדיאלית, המזהה את התנודות הזעירות של כוכב הנגרמות על ידי כוח המשיכה של כוכב לכת מסיבי. עם זאת, עד כה, איש לא הצליח לצפות בו ישירות.
שימוש ברגישות של מירי, הג'יימס ווב לכד את האור האינפרא אדום שנפלט על ידי אפסילון אינדי אב עצמו. אסטרטגיה זו חיונית לאיתור כוכבי לכת קרים, שהחום השיורי שלהם כבר אינו מספיק כדי לפלוט בנראה, אלא ניתן לחשוף אותם באינפרא אדום. התמונה מציגה גוף דמוי נקודה, לא פתורה בדיסק, כאשר האור של 10,6 מיקרון מופיע בגוונים כחולים והאור של 15,5 מיקרון מופיע בגוונים כתומים. מיקומו של הכוכב הראשוני מסומן, אם כי האור שלו בוטל על ידי הקורונגרף.
התוצאה בעלת ערך כפול: לא רק מאשר את קיומו של כוכב הלכת ותכונותיו הבסיסיות, אלא גם מאפשר להשוות את המאפיינים האטמוספריים שלו לאלו של ענקי הגז במערכת השמש שלנו.
עם טמפרטורה משוערת של 2 מעלות צלזיוס בלבד - כמעט זהה לטמפרטורה של מים נוזליים על פני כדור הארץ - אפסילון אינדי אב הוא אחד מכוכבי הלכת הקרים החיצוניים עם התצפיות הישירות והמפורטות ביותר. זה הופך אותו לנקודת ייחוס חיונית לחקר אטמוספרות עשירות בתרכובות כמו מתאן, פחמן חד-חמצני ופחמן דו-חמצני, אשר יכולות להימצא בכמויות גדולות ולשנות באופן מהותי את פרופיל הבליעה של האור המגיע אלינו.
מעבדה טבעית להבנת התפתחותן של מערכות פלנטריות
הכוכב אפסילון אינדי A , המארח את כוכב הלכת החיצוני הזה, הוא ננס כתום, מעט קריר יותר ובגיל דומה לשמש שלנו. העובדה שכוכב לכת כה מסיבי וקריר מקיף כוכב מסוג זה מציעה לאסטרונומים את ההזדמנות לחקור תהליכי היווצרות כוכבי לכת ואבולוציה אטמוספרית בהקשרים דומים מאוד, אך רחוקים משלנו.
לדברי החוקרת קרוליין מורלי (אוניברסיטת טקסס באוסטין), נוכחותו של אפסילון אינדי אב הושגה בעבר רק באמצעות ניתוח עקיף . בחירתו כמטרה בעדיפות גבוהה עבור טלסקופ החלל ג'יימס ווב התבססה על הציפייה למצוא כוכב לכת "דומה יותר לצדק מכל כוכב לכת אחר שצולם עד כה".
הסופר הראשי, אליזבת מתיוס (מכון מקס פלנק לאסטרונומיה, גרמניה), מציין שרוב כוכבי הלכת שנצפו ישירות עד כה היו גופים צעירים וחמים. "כאשר כוכבי לכת מתקררים ומתכווצים במהלך חייהם, הם הופכים הרבה פחות זוהרים וקשים יותר לחקר", מסביר מתיוס. זהו אחד האתגרים העיקריים עבור אסטרופיזיקה של כוכבי לכת בוגרים.
אפסילון אינדי אב היא אפוא הזדמנות נדירה לבחון ענק גז בשלב אבולוציוני מתקדם, בדומה לזה של גופים גדולים יותר במערכת השמש שלנו.
מה שמעניין ביותר עבור מומחים הוא האפשרות לנתח במדויק את הרכב האטמוספירה . אפסילון אינדי אב חם יותר בכ-100 מעלות בלבד מאשר צדק ושבתאי, מה שמאפשר השוואות בקנה מידה גדול של תהליכי קירור, התכווצות וטיהור האטמוספריים. יתר על כן, בהשוואה לגמדים חומים צפים חופשי, אפסילון אינדי אב אפילו קריר יותר, מה שמאפשר לחקור את המידה שבה המודלים הנוכחיים משקפים את המציאות הנצפית.
זה מפתיע אפילו את המדענים עצמם
למרות שנוכחותו של אפסילון אינדי אב ניבאה על ידי דפוסי המהירות הרדיאלית של כוכבו, הפרמטרים בפועל שלו בלבלים את הצוות . התברר שלכוכב הלכת יש - על פי תצפיות ווב - כמעט כפול מהמסה הצפויה, הוא מקיף אותו מעט רחוק יותר מכוכבו, ועוקב אחר מסלול שונה מהצפוי בתחילה. פער זה בין תחזיות תיאורטיות למדידות ישירות מדגיש את מורכבותן של מערכות כוכבי לכת ואת הצורך ללמוד יותר מקרים "שטחיים" עם נתונים מהעולם האמיתי.
הצוות מצביע גם על כמה מוזרויות אטמוספריות שמסבכות את פירוש הנתונים. על פי ניתוחים ראשוניים, אפסילון אינדי אב פחות בהיר מהצפוי באורכי גל קצרים יותר, דבר שיכול להיות בגלל אטמוספרה עמוסה בכבדות במתאן ובגזים סופגים אחרים, או בגלל כיסוי עננים צפוף . התנהגות יוצאת דופן זו עבור כוכבי לכת בעלי מאפיינים דומים פותחת אפיקים חדשים למחקר בתהליכים הכימיים והפיזיקליים השולטים באטמוספרות כוכבי לכת בתנאי טמפרטורה קיצוניים.
כרגע, לקבוצה יש מדידות פוטומטריות מוגבלות, ויהיה צורך בתצפיות ספקטרוסקופיות נוספות כדי לקבוע בדיוק אילו מרכיבים שולטים באטמוספירה וכיצד הם משפיעים על שטף הקרינה.
