Astronomer har samlat på sig några av de bästa uppgifterna hittills om sammansättningen av en planet känd som HR 8799c - en ung jätte gasplanet som är cirka 7 gånger massan av Jupiter som kretsar runt sin stjärna vart 200:e år.

Teamet använde toppmodern instrumentering vid W. M. Keck Observatory på Maunakea, Hawaii för att bekräfta att det finns vatten i planetens atmosfär, samt brist på metan.

Medan andra forskare tidigare gjort liknande mätningar av denna planet, dessa nya, mer robusta data visar kraften i att kombinera högupplöst spektroskopi med en teknik som kallas adaptiv optik, som korrigerar för den suddiga effekten av jordens atmosfär.

"Denna typ av teknik är precis vad vi vill använda i framtiden för att leta efter tecken på liv på en jordliknande planet. Vi är inte där än men vi marscherar framåt, " säger Dimitri Mawet, en docent i astronomi vid Caltech och en forskare vid JPL, som Caltech förvaltar för NASA.

Mawet är medförfattare till en ny artikel om resultaten som publicerades idag i Astronomisk tidskrift . Huvudförfattare är Ji Wang, tidigare postdoktor vid Caltech och nu biträdande professor vid Ohio State University.

Att ta bilder av planeter som kretsar kring andra stjärnor – exoplaneter – är en formidabel uppgift. Ljus från värdstjärnorna överglänser planeterna långt, gör dem svåra att se.

Mer än ett dussin exoplaneter har direkt avbildats hittills, inklusive HR 8799c och tre av dess planetariska följeslagare. Faktiskt, HR 8799 är det enda flerplanetssystem som har tagit sin bild. Upptäcktes med hjälp av adaptiv optik på Keck II-teleskopet, de direkta bilderna av HR8799 är de första någonsin av ett planetsystem som kretsar kring en annan stjärna än vår sol.

När en bild erhållits, astronomer kan använda instrument, kallas spektrometrar, att bryta isär planetens ljus, som ett prisma som förvandlar solljus till en regnbåge, och avslöjar därmed fingeravtrycken från kemikalier. Än så länge, denna strategi har använts för att lära sig om atmosfären hos flera gigantiska exoplaneter.

Nästa steg är att göra samma sak bara för mindre planeter som är närmare sina stjärnor (ju närmare en planet är sin stjärna och desto mindre storlek, desto svårare är det att se).

Det slutliga målet är att leta efter kemikalier i atmosfären på jordliknande planeter som kretsar runt i stjärnans "beboeliga zon" - inklusive alla biosignaturer som kan indikera liv, som vatten, syre, och metan.

Mawets grupp hoppas kunna göra just detta med ett instrument på det kommande Thirty Meter Telescope, ett gigantiskt teleskop som planeras för slutet av 2020-talet av flera nationella och internationella partners, inklusive Caltech.

Men för nu, forskarna fulländar sin teknik med Keck Observatory — och, i processen, lära sig om gigantiska planeters sammansättning och dynamik.

"Just nu, med Keck, vi kan redan lära oss om fysiken och dynamiken hos dessa gigantiska exotiska planeter, som inte är något som våra egna planeter i solsystemet, säger Wang.

I den nya studien, forskarna använde ett instrument på Keck II-teleskopet som heter NIRSPEC (nära-infraröd kryogen echellespektrograf), a high-resolution spectrometer that works in infrared light.

They coupled the instrument with Keck Observatory's powerful adaptive optics, a method for creating crisper pictures using a guide star in the sky as a means to measure and correct the blurring turbulence of Earth's atmosphere.

This is the first time the technique has been demonstrated on directly imaged planets using what's known as the L-band, a type of infrared light with a wavelength of around 3.5 micrometers, and a region of the spectrum with many detailed chemical fingerprints.

"The L-band has gone largely overlooked before because the sky is brighter at this wavelength, " says Mawet. "If you were an alien with eyes tuned to the L-band, you'd see an extremely bright sky. It's hard to see exoplanets through this veil."

The researchers say that the addition of adaptive optics made the L-band more accessible for the study of the planet HR 8799c. I deras studie, they made the most precise measurements yet of the atmospheric constituents of the planet, confirming it has water and lacks methane as previously thought.

"We are now more certain about the lack of methane in this planet, " says Wang. "This may be due to mixing in the planet's atmosphere. The methane, which we would expect to be there on the surface, could be diluted if the process of convection is bringing up deeper layers of the planet that don't have methane."

The L-band is also good for making measurements of a planet's carbon-to-oxygen ratio—a tracer of where and how a planet forms. Planets form out of swirling disks of material around stars, specifically from a mix of hydrogen, syre, and carbon-rich molecules, som vatten, kolmonoxid, and methane.

These molecules freeze out of the planet-forming disks at different distances from the star—at boundaries called snowlines. By measuring a planet's carbon-to-oxygen ratio, astronomers can thus learn about its origins.

Mawet's team is now gearing up to turn on their newest instrument at Keck Observatory, called the Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). It will also use adaptive optics-aided high-resolution spectroscopy but can see planets that are fainter than HR 8799c and closer to their stars.

"KPIC is a springboard to our future Thirty Meter Telescope instrument, " says Mawet. "For now, we are learning a great deal about the myriad ways in which planets in our universe form."