JWST uzay teleskobu Temmuz 2022’de ilk kez ışığı gördüğünde, Uluslararası Astronomi Birliği üyeleri tarafından bir araya getirilen devasa bir araştırma programına tanık oluyordu. Bu liste, gaz ve toz proto-gezegen disklerinde gezegen oluşturan uzak erken galaksilerin yanı sıra “Evrenin karanlık çağlarının” sonu ve ilk ışığı da içeriyordu. Sayısız hedef arasında dış gezegenlerin de listede yer alması mümkün değil.
Uzak bir yıldız sistemi özellikle bilim adamlarını büyüledi. 15 yıl önce gökbilimciler, Dünya’dan yaklaşık 133 ışıkyılı uzaklıkta bulunan HR 8799 yıldızının etrafında üç ötegezegen keşfettiler. Daha sonra dördüncü bir dış gezegen keşfedildi, tüm gezegenler doğrudan tespit yoluyla bulundu. Bunlar nadir görülen geniş yörüngelere sahip devasa gezegenlerdir. Ayrıca HR 8799 sistemi genç yıldız sistemlerine ait olması nedeniyle gözlemler için ilgi çekicidir.
JWST’nin yakın zamanda bu sistemi gözlemlemesinin nedeni budur. MIRI kızılötesi cihazı ve koronagrafı da içeren enstrümanları sayesinde yıldız sistemini daha detaylı incelemeye olanak sağlayan veriler sağlayabildi.
HR 8799’un kütlesi 1,5 güneş kütlesini aşıyor ve bu yıldızın parlaklığı Güneş’in neredeyse beş katı. Etrafında bir toz diski oluşmuştur ve oldukça genç bir yıldızdır; yaşı yalnızca 30 milyon yıldır. Genç güneş sistemleri özellikle ilgi çekicidir çünkü gezegenlerin oluşumuyla ilgili ayrıntıları ortaya çıkarırlar. Paris Gözlemevi’nden Anthony Bocaletti tarafından yazılan yeni bir çalışma, bu ayrıntıları incelemeyi amaçlıyordu.
HR 8799 sistemi dört gezegen içerir: HR 8799 b, c, d ve e. Hepsi, kütleleri 5,7 ila 9,1 Jüpiter kütlesi (kahverengi cücelerin kütle sınırları) arasında değişen, gezegenler ve yıldızlar arasında özelliklere sahip nesneler olan devasa devlerdir. Gezegenlerin yörüngeleri 16 ila 71 astronomik birim arasında değişmektedir ve yörünge periyotları 45 ila 460 yıl arasında değişmektedir. Bunların 15 yıl önce keşfedilmiş olması da önemlidir çünkü gökbilimcilerin HR 8799 sistemiyle ilgili birikmiş gözlem geçmişi vardır.
Yörüngesi 5 astronomik birimden büyük olan devasa dev gezegenlerin keşfi nadirdir. Bu nedenle bu tür sistemlerin her keşfi önemlidir. MIRI cihazının sağladığı yetenekler sayesinde JWST, bu tür sistemlerin bilinmeyen yönlerine ışık tutabiliyor ve bilim adamlarının bunları daha kapsamlı bir şekilde karakterize etmesine olanak tanıyor. Yakın zamana kadar orta kızılötesi gözlemlerdeki teknik zorluklar, HR 8799 sisteminin ayrıntılı çalışmasını zorlaştırıyordu.
JWST ile bilim insanları önceki gözlemlerden elde edilen bilgileri iyileştirebildiler ve sistemin çeşitli yönlerine ilişkin daha net bir anlayış elde edebildiler. Ana odak noktası, ötegezegenlerin atmosferlerini daha doğru bir şekilde karakterize etmekti.
Bileşimleri hakkındaki bazı belirsizliklere ve kahverengi cüce olup olmadıklarına dair açık soruya rağmen JWST gözlemleri şüpheleri ortadan kaldırmayı başardı. Gezegensel sıcaklıkların 900 K ile 1300 K arasında değiştiği yeni ölçümler, HR 8799 b gezegeninin sıcaklığının daha önce önerilen ölçümlerden daha düşük olduğunu gösteriyor. Ayrıca MIRI cihazı, dış gezegenlerin atmosferlerinde iki kimyasal bileşiğin varlığını kesin olarak tespit edebildi: su ve karbon monoksit. Ek olarak, verilere göre, bilim adamlarının metan tespitine ilişkin tartışmalı kanıtları var; bu da bu nesnelerin kahverengi cüceler değil gezegenler olduğuna dair ek bir kanıt; çünkü kahverengi cüceler bu tür sıcaklıklarda her zaman açıkça metan içeriği sergiliyor.
MIRI (Orta Kızılötesi Enstrüman) cihazı, çeşitli filtreleri uygulama potansiyeli ile tasarlanmıştır. Bazıları amonyağı tespit etmek için özel olarak tasarlandı; çünkü bu, ötegezegenlerde yaşamın öncüllerinin varlığının bir göstergesi olabilir. Ancak HR 8799 sistemindeki dört gezegenden alınan veriler, bunların amonyağın bulunmasının beklendiği sıcaklıktan biraz daha sıcak olduğunu gösterdi.
Ayrıca HR 8799 sistemi, iki kayışa sahip bir toz diskinin varlığıyla dikkat çekiyor. Araştırmacılar, dış kuşağın iç kenarının Jüpiter ile Satürn arasında kütleye sahip beşinci bir gezegenin varlığına mı işaret ettiğini yoksa bunun sadece bir toz topluluğu mu olduğunu merak ettiler. Bu, JWST gözlemleriyle çözülen bir tartışmaya yol açtı. Araştırmacılar, dış kuşağın iç kenarının HR 8799 ile ilgisi olmayan bir arka plan nesnesi olduğu sonucuna vardı.
Bu, JWST’nin MIRI cihazını, filtrelerini ve koronagrafını kullanarak genç bir dış gezegen sistemini incelemek için ilk fırsatıydı. JWST’nin MIRI cihazı, orta kızılötesinde yüksek kontrastlı görüntüleme için yeni fırsatlar açıyor ve genç dış gezegen sistemlerinin incelenmesi için yeni yollar sağlıyor. Çalışmanın temel amacı, aletlerin kullanımı ve gelecekteki gözlemlerin sonuçlarının yorumlanması için en iyi senaryoyu belirlemek amacıyla gözlemler yapmak ve çeşitli algoritmaları test etmekti.
Elde edilen veriler takım ayarlarının optimize edilmesine yardımcı olacaktır. MIRI koronagrafının yüksek hassasiyeti nedeniyle genç yıldız sistemlerini onun yardımıyla incelemek zor olabilir. Bu, cihazın yalnızca ilk kullanımıdır ve koronagrafın aşırı hassasiyeti, genç sistemlerin gözlemlerini tespit etmeyi ve yorumlamayı zorlaştırabilir; buna arka plandaki galaksi verilerinin ortaya çıkmasından kaynaklanan potansiyel kafa karışıklığı da dahildir.
Çalışmanın yazarları, iyileştirme yollarının zaten ana hatlarıyla belirlendiğini ve sonuçlarının gözlem ve araştırmaların daha da iyileştirilmesi için faydalı olacağını belirtiyor.