In een ontwikkeling die astronomen hun modellen en mogelijk hun verwachtingen doet bijstellen, heeft de James Webb Ruimtetelescoop waterijswolken gespot op een verre gasreus. De ontdekking, geleid door Elisabeth Matthews van het Max Planck Instituut voor Astronomie (MPIA), werd gedaan op de planeet Epsilon Indi Ab, een Jupiter-analoog die blijkbaar complexer is dan we hem krediet gaven.

Dit markeert een belangrijke stap in de lange, trage mars van slechts exoplaneten vinden naar ze daadwerkelijk begrijpen. Decennialang, van 1995 tot ongeveer 2022, was het spel simpelweg ontdekking via indirecte methoden. De lancering van JWST in 2022 veranderde dat, waardoor gedetailleerde atmosferische studie mogelijk werd, hoewel we nog een paar telescopen verwijderd zijn van het controleren op buitenaardse gazonbordjes.

Zoals hoofdauteur Elisabeth Matthews het met bewonderenswaardig perspectief verwoordde: "JWST stelt ons eindelijk in staat om zonnestelsel-analoge planeten in detail te bestuderen. Als wij aliens waren, enkele lichtjaren verderop, en terugkeken naar de Zon, is JWST de eerste telescoop die ons in staat zou stellen Jupiter in detail te bestuderen." De implicatie zijnde, natuurlijk, dat het bestuderen van de Aarde in detail technologie vereist die we nog niet hebben uitgevonden, wat waarschijnlijk maar beter is.

Het bestuderen van echte Jupiter-achtige planeten is lastig geweest omdat de gemakkelijkste methode vereist dat ze voor hun ster langs gaan, wat hete, dichtbij staande gasreuzen bevoordeelt. Het team van Matthews omzeilde dit door Epsilon Indi Ab direct te fotograferen met JWST's mid-infraroodinstrument MIRI. De planeet, die rond ster Epsilon Indi A in het sterrenbeeld Indus draait, is een stevige kerel met een massa van 7,6 Jupiters maar een vergelijkbare diameter. Hij draait ongeveer vier keer verder van zijn iets koelere ster dan Jupiter van de Zon, wat hem een oppervlaktetemperatuur tussen 200 en 300 Kelvin geeft (-70 tot +20 °C). Dat is warmer dan Jupiter's 140 K, een restwarmte van zijn vorming die langzaam over miljarden jaren zal verdwijnen.

Het team gebruikte een coronagraaf op MIRI om het sterlicht te blokkeren en nam beelden op bij 11,3 μm, net buiten een golflengte geassocieerd met ammoniak. Door deze te vergelijken met beelden uit 2024 bij 10,6 μm, konden ze ammoniakniveaus schatten. De door MPIA gebouwde hardware verdient hier een knikje.

De verrassing? Jupiter's bovenste atmosfeer wordt gedomineerd door ammoniakgas en wolken. Van Epsilon Indi Ab werd verwacht veel ammoniakgas te hebben, maar geen wolken. In plaats daarvan toonden observaties minder ammoniak dan voorspeld. De leidende verklaring? Dikke, onregelmatige waterijswolken, zoals de cirruswolken van de Aarde, komen in de weg.

Dit presenteert een heerlijk probleem voor astronomen, wier computermodellen dingen vaak vereenvoudigen door wolken te negeren omdat ze moeilijk te simuleren zijn. Medeauteur James Mang van de Universiteit van Texas in Austin noemde het "een geweldig probleem om te hebben", en merkte op dat JWST complexiteit onthult die modellen nu "beginnen te vangen".

De toekomst ziet er op de beste manier bewolkt uit. NASA's Nancy Grace Roman Ruimtetelescoop, die in 2026-2027 wordt gelanceerd met MPIA als partner, zou geweldig moeten zijn in het direct detecteren van reflecterende waterijswolken. Ondertussen zoekt het team van Matthews naar meer JWST-tijd om andere koude Jupiter-analogen te bestuderen, de basis leggend voor het ultieme doel: Aarde-achtige werelden bestuderen en, op een dag, zoeken naar tekenen dat we niet alleen zijn.

De bevindingen zijn gepubliceerd in de Astrophysical Journal Letters door E. C. Matthews et al. De betrokken MPIA-onderzoekers zijn Elisabeth Matthews en Bhavesh Rajpoot, in samenwerking met James Mang en Caroline Morley (Universiteit van Texas in Austin), Aarynn Carter en Mathilde Mâlin (Space Telescope Science Institute), en anderen.