El Telescopio Espacial James Webb ha producido la información espectral más detallada sobre un exoplaneta, convirtiéndolo en el mundo que mejor conocemos su atmósfera después de los principales planetas de nuestro Sistema Solar.
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El Telescopio Espacial James Webb (JWST) acaba de marcar otra primicia: un retrato molecular y químico detallado de la atmósfera de un mundo distante.
El conjunto de instrumentos altamente sensibles del telescopio se enfocó en la atmósfera del exoplaneta WASP-39 b, que es un planeta tan masivo como Saturno que orbita muy cerca de una estrella que está a unos 700 años luz de distancia de nosotros y que gira a su alrededor en solo cuatro días terrestres.
No se cree que WASP-39 b sea habitable, pues tiene una temperatura estimada de 900 C y una atmósfera compuesta principalmente de hidrógeno. Pero el nuevo trabajo allana el camino para encontrar pruebas potenciales de vida en algún otro planeta habitable.
Aunque otros telescopios espaciales, incluidos Hubble y Spitzer, revelaron previamente en su día compuestos de la atmósfera de este planeta, los nuevos espectros proporcionan un conjunto completo de átomos, moléculas e incluso signos de química activa y nubes.
«La claridad de las señales de varias moléculas diferentes en los datos es notable. Habíamos predicho que íbamos a ver muchas de esas señales, pero aún así, cuando vi los datos por primera vez, me quedé asombrada», dice Mercedes López-Morales (Centro de Astrofísica, Harvard & Smithsonian).
Los datos más recientes también dan una pista de cómo se verían de cerca estas nubes en los exoplanetas, pues estaría fragmentadas en lugar de constituir un manto único y uniforme sobre el planeta.
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Los espectros de transmisión fueron obtenidos gracias a los tránsitos que este planeta efectúa sobre su estrella desde nuestro punto de vista, que hace que su atmósfera absorba selectivamente distintas longitudes de onda. Los investigadores proponen modelos de atmósferas y buscan el que mejor coincide con los datos. De este modo pueden predecir aspectos como su composición.
Los hallazgos son un buen augurio sobre la capacidad de JWST para realizar la amplia gama de investigaciones sobre exoplanetas que se espera. Eso incluye sondear las atmósferas de planetas rocosos más pequeños como los del sistema TRAPPIST-1, incluidos los que tengan temperatura propicia para la vida y que esto se revelara por espectroscopia de transmisión. En ese sistema, una pequeña estrella enana roja está orbitada por siete mundos del tamaño de la Tierra, algunos de los cuales podrían ser potencialmente habitables.
El conjunto de descubrimientos se detalla en un conjunto de cinco borradores de artículos científicos presentados recientemente y disponibles en el sitio web de preimpresión arXiv. Entre las revelaciones sin precedentes se encuentra la primera detección en la atmósfera de un exoplaneta de dióxido de azufre, una molécula producida a partir de reacciones químicas provocadas por la luz de alta energía de la estrella madre del planeta. En la Tierra, la capa protectora de ozono en la atmósfera superior se crea de manera similar.
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«La sorprendente detección de dióxido de azufre finalmente confirma que la fotoquímica da forma al clima de los ‘saturnos calientes’. El clima de la Tierra también está determinado por la fotoquímica, por lo que nuestro planeta tiene más en común con los ‘Saturnos calientes’ de lo que sabíamos anteriormente», dice Diana Powell (NASA).
«La fotoquímica, debido a que es un proceso tan importante aquí en la Tierra, es probablemente un proceso importante en otros planetas potencialmente habitables. Solo hemos podido comprobar nuestra comprensión de la fotoquímica en nuestro Sistema Solar. Pero los planetas alrededor de otras estrellas nos dan acceso a condiciones físicas completamente diferentes», dice Jacob Bean, (Universidad de Chicago en Illinois).
La proximidad del planeta a su estrella anfitriona, ocho veces más cerca que Mercurio de nuestro sol, también lo convierte en un laboratorio para estudiar los efectos de la radiación de las estrellas anfitrionas en los exoplanetas. Un mejor conocimiento de la conexión estrella-planeta debería traer una comprensión más profunda de cómo estos procesos crean la diversidad de planetas observados en la galaxia.
Otros componentes atmosféricos detectados por JWST incluyen sodio, potasio y vapor de agua, lo que confirma observaciones previas de telescopios espaciales y terrestres, así como el encuentro de signos de agua adicionales, en longitudes de onda más largas, que no se habían visto antes.
Así, los datos de NIRISS muestran indicios de la presencia de potasio, agua y monóxido de carbono. NIRCam muestran señales notables de agua. Los datos de NIRSpec indican agua, dióxido de azufre, dióxido de carbono y monóxido de carbono. Finalmente, datos adicionales de NIRSpec revelan todas estas moléculas, así como el sodio. Las líneas de absorción obvias de metano y sulfuro de hidrógeno estaban ausentes de los datos. Si están presentes, estas moléculas se encuentran en niveles muy bajos.
Según Eva-Maria Ahrer (Universidad de Warwick), los resultados también mostraron una relación relativamente baja de carbono a oxígeno en el planeta. Esto sugiere que WASP-39b absorbió previamente una gran cantidad de agua en forma de hielo, probablemente cuando estaba en una posición diferente, y sugiere que se formó mucho más lejos en su sistema solar, quizás comparable a donde está Júpiter alrededor de nuestro Sol.
Se espera tal migración de Júpiter calientes, para explicar su proximidad a sus estrellas. Lo que no está claro es si se trata de un proceso lento que se da durante quizás decenas de millones de años, o un proceso más rápido. Conocer la composición de WASP-39b podría ayudar a los astrónomos a determinar qué ocurrió.
Al analizar con tanta precisión la atmósfera de un exoplaneta los instrumentos del JWST superaron con creces las expectativas de los científicos y prometen una nueva fase de exploración entre la amplia variedad de exoplanetas de la galaxia. El telescopio observará en diciembre un planeta llamado WASP-43b y se espera que esto revele detalles sin precedentes en el clima y la química del planeta.
JWST observará unos 70 exoplanetas en su primer año de trabajo que comenzó en julio pasado y que se extenderá hasta el próximo junio. WASP-39b proporciona un punto de referencia para esos estudios.
Copyleft: atribuir con enlace a https://neofronteras.com [1]
Fuentes y referencias:
Preprint en ArXiv 1. [2]
Preprint en ArXiv 2. [3]
Preprint en ArXiv 3. [4]
Preprint en ArXiv 4. [5]
Preprint en ArXiv 5. [6]
Ilustración de cabecera: Melissa Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.
Espectro: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI) .
Esquema: NASA/JPL-Caltech/Robert Hurt; Center for Astrophysics-Harvard & Smithsonian/Melissa Weiss.