GRAVITY-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) har gjort den första direkta observationen av en exoplanet med hjälp av optisk interferometri. Denna metod avslöjade en komplex exoplanetär atmosfär med moln av järn och silikater som virvlade i en planetomfattande storm. Tekniken ger unika möjligheter att karakterisera många av de exoplaneter som är kända idag.

Detta resultat tillkännagavs idag i ett brev i tidningen Astronomi och astrofysik av GRAVITY Collaboration, där de presenterar observationer av exoplaneten HR8799e med hjälp av optisk interferometri. Exoplaneten upptäcktes 2010 och kretsade runt den unga huvudsekvensstjärnan HR8799, som ligger cirka 129 ljusår från jorden i stjärnbilden Pegasus.

Dagens resultat, som avslöjar nya egenskaper hos HR8799e, krävde ett instrument med mycket hög upplösning och känslighet. GRAVITY kan använda ESO:s VLT:s fyra enhetsteleskop för att arbeta tillsammans för att efterlikna ett enda större teleskop med en teknik som kallas interferometri. Detta skapar ett superteleskop – VLTI – som samlar in och exakt distraherar ljuset från HR8799es atmosfär och ljuset från dess moderstjärna.

HR8799e är en "super-Jupiter", en värld olik någon annan i vårt solsystem, som är både mer massiv och mycket yngre än någon planet som kretsar kring solen. Bara 30 miljoner år gammal, denna baby exoplanet är ung nog att ge forskare ett fönster till bildandet av planeter och planetsystem. Exoplaneten är fullständigt ogästvänlig – överbliven energi från dess bildande och en kraftfull växthuseffekt värmer HR8799e till en fientlig temperatur på ungefär 1000 °C.

Detta är första gången som optisk interferometri har använts för att avslöja detaljer om en exoplanet, och den nya tekniken gav ett utsökt detaljerat spektrum av oöverträffad kvalitet - tio gånger mer detaljerat än tidigare observationer. Teamets mätningar kunde avslöja sammansättningen av HR8799es atmosfär - som innehöll några överraskningar.

"Vår analys visade att HR8799e har en atmosfär som innehåller mycket mer kolmonoxid än metan - något som inte förväntas av jämviktskemin, " förklarar teamledaren Sylvestre Lacour-forskaren CNRS vid Observatoire de Paris—PSL och Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. "Vi kan bäst förklara detta överraskande resultat med höga vertikala vindar i atmosfären som hindrar kolmonoxiden från att reagera med väte för att bilda metan ."

Teamet fann att atmosfären också innehåller moln av järn och silikatdamm. När det kombineras med överskottet av kolmonoxid, detta tyder på att HR8799es atmosfär är engagerad i en enorm och våldsam storm.

"Våra observationer tyder på en kula av gas upplyst från insidan, med strålar av varmt ljus som virvlar genom stormiga fläckar av mörka moln, ", utarbetar Lacour. "Konvektion rör sig runt molnen av silikat- och järnpartiklar, som sönderfaller och regnar ner i det inre. Detta målar en bild av en dynamisk atmosfär av en gigantisk exoplanet vid födseln, genomgår komplexa fysikaliska och kemiska processer."

Detta resultat bygger på GRAVITYs rad imponerande upptäckter, som har inkluderat genombrott som förra årets observation av gas som virvlar runt med 30 % av ljusets hastighet strax utanför händelsehorisonten för det massiva svarta hålet i Galactic Centre. Den lägger också till ett nytt sätt att observera exoplaneter till den redan omfattande arsenalen av metoder som finns tillgängliga för ESO:s teleskop och instrument – ​​vilket banar väg för många fler imponerande upptäckter.

Denna forskning presenterades i artikeln "First direct detection of an exoplanet by optical interferometry" i Astronomi och astrofysik .