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El telescopio James Webb encuentra dióxido de carbono en un exoplaneta.

No tenemos ninguna imagen directa de un exoplaneta que pueda ser candidato a tener vida, ni siquiera como un punto. De la inmensa mayoría de exoplanetas conocidos solo teníamos hasta ahora los parámetros orbitales y su tamaño y masa si se combinaban los métodos de velocidad radial y tránsito.

Con el telescopio espacial James Webb la situación es ahora distinta pues se pueden obtener espectros de las atmósferas de algunos de estos exoplanetas. La última noticia al respecto es que, gracias a este telescopio, se ha podido detectar la presencia clara de dióxido de carbono en la atmósfera de un planeta fuera del sistema solar.

Las líneas espectrales de emisión o absorción de la mayoría de los gases de interés están en longitudes de onda infrarrojas, que en su mayoría están bloqueadas por la atmósfera de la Tierra. Pero el telescopio Webb es sensible a las longitudes de onda infrarrojas de la luz y está encima de la atmósfera, por lo que es ideal para detectar estos gases.

En este caso no se trata de un planeta rocoso, por lo que no es candidato a contener vida, sino de un planeta gigante gaseoso. Eso sí, orbita una estrella similar al Sol, aunque a 700 años luz de distancia a nosotros: WASP-39.

Este tipo de datos proporciona información importante sobre la composición y formación del planeta. Así que, el hallazgo indica que en el futuro Webb podrá detectar y medir el dióxido de carbono en las atmósferas más delgadas de los planetas rocosos más pequeños.

WASP-39 b es un gigante gaseoso caliente con una masa de aproximadamente un cuarto de la de Júpiter (o casi la misma que la de Saturno) y un diámetro 1,3 veces mayor que el de Júpiter. Su tamaño está relacionado en parte con su alta temperatura (alrededor de 900 Celsius). A diferencia de los gigantes gaseosos más fríos y compactos de nuestro sistema solar, WASP-39 b orbita muy cerca de su estrella, solo alrededor de un octavo de la distancia entre el Sol y Mercurio, por lo que completa una órbita en poco más de cuatro días terrestres. El descubrimiento del planeta se realizó en 2011 en tierra gracias al método del tránsito, que detecta la atenuación periódica de la luz de la estrella anfitriona a medida que el planeta transita o pasa por delante de la misma.

En observaciones anteriores con otros telescopios se encontraron pruebas de la presencia de vapor de agua, sodio y potasio en la atmósfera del planeta, pero no de dióxido de carbono. La inigualable sensibilidad infrarroja de Webb ha confirmado ahora la presencia de dióxido de carbono en este planeta.

Los planetas en tránsito, como WASP-39 b, cuyas órbitas observamos de canto, pueden proporcionar a los investigadores oportunidades ideales para analizar atmósferas planetarias. Durante un tránsito, parte de la luz de las estrellas es eclipsada por el planeta (lo que provoca la atenuación general) y parte se transmite a través de la atmósfera del planeta.

Debido a que diferentes gases absorben diferentes longitudes de onda, se pueden analizar pequeñas diferencias en el brillo de la luz transmitida a lo largo de un espectro para determinar exactamente de qué está hecha una atmósfera. Debido a su gran atmósfera y a sus tránsitos frecuentes, WASP-39 b es un objetivo ideal para la espectroscopia de transmisión.

El equipo de investigación utilizó el espectrógrafo de infrarrojo cercano NIRSpec para sus observaciones de WASP-39b. En el espectro resultante de la atmósfera del exoplaneta se pudo obtener la primera prueba clara y detallada de la presencia de dióxido de carbono jamás detectada en un planeta fuera del sistema solar.

«Tan pronto como aparecieron los datos en mi pantalla, me llamó la atención la enorme función de dióxido de carbono. Fue un momento especial, cruzar un umbral importante en las ciencias de los exoplanetas», dice Zafar Rustamkulov, estudiante de doctorado de la Universidad Johns Hopkins y miembro del equipo científico de liberación temprana de la comunidad de exoplanetas en tránsito de JWST que llevó a cabo esta investigación.

Ningún observatorio ha medido antes diferencias tan sutiles en el brillo de tantas longitudes de onda individuales en la gama de las 3 a 5,5 micras en el espectro de transmisión de un exoplaneta. El acceso a esta parte del espectro es crucial para medir la abundancia de gases como el agua y el metano, así como el dióxido de carbono, que se cree que existen en muchos tipos diferentes de exoplanetas.

Encontrar CO2 es importante porque indica la proporción de elementos más pesados que el helio hay en un planeta. El hidrógeno y el helio son primordiales (sintetizados en el Big Bang) y el resto se sintetiza en el interior de las estrellas. En este caso se cree que la «metalicidad» de este exoplaneta es similar a la de Saturno. Se cree que un buen suministro de elementos pesados es crucial para crear planetas gigantes.

En los próximos meses, el equipo publicará el espectro completo del planeta, desde el óptico hasta el infrarrojo medio y hará un inventario químico completo de su atmósfera.

El resultado también muestra lo rápido que el Webb puede identificar otros gases, como el metano y el amoníaco, que podrían indicar la potencial habitabilidad de un planeta.

«Detectar una señal tan clara de dióxido de carbono en WASP-39b es un buen augurio para la detección de atmósferas en planetas más pequeños del tamaño de la Tierra», dice Natalie Batalha de la Universidad de California en Santa Cruz, quien lidera el equipo.

Comprender la composición de la atmósfera de un planeta es importante porque nos dice algo sobre el origen del planeta y cómo evolucionó.

«Las moléculas de dióxido de carbono son rastreadores sensibles de la historia de la formación de planetas. Al medir esta característica de dióxido de carbono, podemos determinar cuánto material sólido versus cuánto material gaseoso se usó para formar este planeta gigante gaseoso. En la próxima década, JWST realizará esta medición para una variedad de planetas, proporcionando información sobre los detalles de cómo se forman los planetas y la singularidad de nuestro propio sistema solar», dice Mike Line de la Universidad Estatal de Arizona, otro miembro de este equipo de investigación.

El Webb promete revelar muchos más gases en planetas más pequeños y potencialmente incluso en planetas rocosos de tamaño similar a la Tierra, aunque es muy poco probable que pueda confirmar la existencia de vida. Para este cometido se necesitaría un telescopio aún más avanzado

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Imagen: NASA.