韦布上面的NIRCam和MIRI都安装了星冕仪,因此都可以遮挡恒星发出的强光,从而直接拍摄旁边的行星。但韦布并不是第一个配备星冕仪的望远镜。
此前地面上的一些望远镜已经或曾经配备星冕仪,并用直接成像法拍摄系外行星,如口径为5.08米的海耳(Hale)望远镜、口径为10米的凯克(Keck)望远镜、口径为8.2米的甚大望远镜(VLT),口径为8.4米的大双筒望远镜(LBT),等等。它们都是此前使用直接成像法的望远镜的代表。在韦布拍摄了这批照片后,它也成为此类望远镜的代表之一。
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4台VLT的合影。它们中有两台安装了可以直接拍摄系外行星的装置。
图片来源:Iztok Boncina/ESO
这次韦布拍摄的系外行星HIP 65426 b就是VLT-3(“Melipal”,意为“南十字”)上面的“光谱偏振高对比度系外行星研究”(Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research,SPHERE)项目的设备于2017年7月6日发现的(如下图),它也是SPHERE项目发现的第一颗系外行星。
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VLT-3(“Melipal”,“南十字”)拍摄的HIP 65426 b的图像。图中白色十字为母恒星所在的位置,它发出的光已经被星冕仪遮挡;红色天体为HIP 65426 b的短波近红外伪色图像,白色圈的半径等于太阳系内的海王星的轨道半径。
图片来源:ESO
至今为止,天文学家用直接成像法发现了213颗系外行星,占总数的3.89%。
韦布的拍照对象——HIP 65426b
HIP 65426与其行星HIP 65426b构成的系统位于半人马座方向。在人眼最敏感的V波段,HIP 65426是一颗7等星,无法被人类的肉眼看到,因为肉眼看星的极限是6等或6.5等。所以我们只能借助望远镜才可以看到它。
根据GAIA卫星在2020年的测量,HIP 65426距离地球约350.6光年。它表面的温度约为8840 K,略高于太阳的表面温度(5772 K)。它的质量约为太阳质量的1.96倍。它的半径约为太阳半径的1.77倍。它的年龄约为1400万年,远低于太阳的年龄(约46亿年)。
HIP 65426b绕HIP 65426公转一周需要631年(指地球上的年,下同)。作为对比,距离太阳最远的行星海王星公转一周的时间为164.8年,矮行星冥王星公转一周的时间为247.94年。
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HIP 65426的星图,它位于黄色圆圈中心,在亮星南门二A星(半人马座α星A星,Rigil Kent)与马腹一(半人马座β星,Hadar)附近
图片来源:Tomruen
在VLT-3发现HIP 65426 b之后、韦布拍摄它之前,天文学家就已通过各种手段研究了它的性质。这些研究表明:(1)HIP 65426 b非常“年轻”,年龄约为1400万年;相比之下,地球就比较“成熟”了,年龄约为46亿年。(2)HIP 65426 b的大气中的尘埃含量较高,缺乏碳,富含氧,存在水和二氧化碳,但甲烷和氨未被探测到。(3)HIP 65426 b的表面温度约为1560 K。(4)HIP 65426 b的质量约为木星质量的10或11倍。
按照行星形成理论,恒星周围的气体与尘埃逐渐凝聚成行星时,周围还会存在一些残存的盘物质。令天文学家费解的是,HIP 65426 b还这么年轻,它周围残存的盘却已经消失了。这与当前流行的理论模型矛盾。
韦布在中红外波段(3微米以上)的拍摄,有利于人们更透彻地了解这颗行星的性质。加州大学圣克鲁兹分校天文与天体物理系的Aarynn L. Carter主持了这项研究。他们利用韦布拍摄了7个波段的图像(见下图。为了使小图被排列地更美观,该团队只向媒体公布了其中4个波段的图像)。
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韦布拍摄的HIP 65426b的图像。7张小图拍摄的分别是这颗行星在平均波长分别为2.523微米、3.067微米、3.580微米、4.084微米、4.397微米、11.307微米与15.514微米的波段上的图像。白色五角星表示恒星所在的位置,恒星自身发出的光被星冕仪屏蔽了。
图片来源:A. Carter et al. arXiv:2208.14990v2
在拍摄的图像中,HIP 65426与HIP 65426b的角距离约为0.82角秒,结合它们与地球的距离,Carter等人计算出HIP 65426b的平均轨道半径约为87天文单位(1天文单位等于1.5亿千米,即地球与太阳的平均距离),大约是海王星平均轨道半径的3倍、冥王星平均轨道半径的2倍。Carter等人将韦布得到的数据与此前SPHERE得到的数据结合,得到了1~16微米范围内的亮度值,这个波长范围内的亮度占了HIP 65426 b总亮度的97%。Carter等人将这些数据绘制成图(见下图)。图中,韦布得到的七个波段的点用橙色空心点表示;SPHERE的积分场光谱仪(IFS)得到近红外光谱由密集的黑色空心三角形表示;SPHERE的红外差分成像仪和光谱仪(IRDIS)获得的测光点由黑色空心方块表示;搭配在VLT-1上的Nasmyth自适应光学系统-CONICA近红外相机(NACO)获得的测光点由黑色空心菱形表示。