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El telescipio Webb descarta una atmósfera espesa de dióxido de carbono para el exoplaneta rocoso TRAPPIST-1c.

El sistema de TRAPPIST-1 es, posiblemente, el más fascinante sistema de exoplanetas. En una región muy pequeña se agolpan 7 planetas de tipo rocoso. Se les denominó, desde el más cercano a la estrella al más lejano, como TRAPPIST-1 b, TRAPPIST-1 c y así sucesivamente hasta la h.

La estrella es una enana roja que está situada a 39,13 años luz de nosotros en dirección a la constelación de Acuario. Al menos los planetas d, e, f están en la zona de habitabilidad, e incluso g también podría estarlo.

Hace unos días publicábamos una noticia sobre TRAPPIST-1b. En ella se contaba que apuntaron el telescopio Webb al sistema para tratar de detectar una atmósfera sustancial en ese planeta. No hubo suerte. No parece tenerla o si existe debe ser muy tenue. Esto no es sorprendente porque es el planeta más interno del sistema y recibe cuatro veces la cantidad de radiación solar que la Tierra recibe del Sol. En esa misma noticia contábamos que se estaba haciendo los mismo con TRAPPIST-1c. Pues bien, eso es precisamente lo que vamos a contar.

Se especuló en su día que este planeta podría ser como Venus, inhabitable, pero con una atmósfera densa, ya que tiene aproximadamente el mismo tamaño que Venus y recibe una cantidad similar de radiación de su estrella anfitriona que Venus recibe del Sol. Sin embargo, de su estrella se encuentra a aproximadamente 1/50 de la distancia que hay entre Venus y el Sol.

El telescopio espacial James Webb de la NASA ha medido con éxito el calor que irradia este planeta para así medir su temperatura y deducir si hay o no atmósfera. Efectivamente, está caliente, a unos 107 grados Celsius. Es el planeta rocoso más frío jamás caracterizado con este método.

Desafortunadamente para aquellos que esperan que el sistema TRAPPIST-1 sea un verdadero análogo al nuestro Sistema Solar, los resultados son un poco decepcionantes. Si bien TRAPPIST-1 c tiene aproximadamente el mismo tamaño y masa que Venus y recibe la misma cantidad de radiación de su estrella, parece poco probable que tenga la misma atmósfera espesa de dióxido de carbono. Esto indica que o bien el planeta, y quizás el sistema en su conjunto, pueden haberse formado con muy poca agua, o bien si tenía agua la ha perdido.

Desde hace un tiempo se discute con que las enanas rojas, al tener una infancia turbulenta, pueden generar tantas tormentas solares que terminen barriendo las atmósferas de los planetas cercanos que las orbiten. Este resultado es, precisamente, el último en la búsqueda para determinar si las atmósferas planetarias pueden sobrevivir a los entornos violentos de una estrella enana roja.

Un equipo internacional de investigadores ha utilizado el telescopio espacial James Webb para calcular la cantidad de energía térmica procedente del exoplaneta rocoso TRAPPIST-1 c. El resultado sugiere que la atmósfera del planeta, si es que existe, es extremadamente delgada.

TRAPPIST-1 c es ahora el exoplaneta rocoso más frío jamás caracterizado en función de la emisión térmica. La precisión necesaria para estas mediciones demuestra aún más la utilidad del Webb en la caracterización de exoplanetas rocosos similares en tamaño y temperatura a los de nuestro propio Sistema Solar.

Además, el resultado da otro paso para determinar si los planetas que orbitan pequeñas enanas rojas, el tipo de estrella más común en la galaxia, pueden sostener las atmósferas necesarias para mantener la vida tal y como la conocemos.

En el pasado reciente solo se podían estudiar planetas jovianos con atmósferas densas y ricas en hidrógeno. Con Webb finalmente se puede comenzar a buscar atmósferas dominadas por oxígeno, nitrógeno o dióxido de carbono.

Aunque los planetas de este sistema son similares en tamaño y masa a los planetas rocosos interiores de nuestro propio sistema solar, no está claro si, de hecho, tienen atmósferas similares. Durante los primeros mil millones de años de sus vidas, las enanas M emiten rayos X brillantes y radiación ultravioleta que fácilmente pueden eliminar una atmósfera planetaria joven. Además, durtante la formación planetaria puede que no hubiera suficiente agua, dióxido de carbono y otros volátiles disponibles para crear atmósferas sustanciales.

Para abordar estas preguntas, el equipo utilizó el instrumento MIRI para observar el sistema TRAPPIST-1 en cuatro ocasiones distintas a medida que el planeta se movía detrás de la estrella, un fenómeno conocido como eclipse secundario. Al comparar el brillo cuando el planeta está detrás de la estrella (solo la luz de la estrella) con el brillo cuando el planeta está al lado de la estrella (luz de la estrella y el planeta combinados), el equipo pudo calcular la cantidad de luz infrarroja media con longitudes de onda de 15 micras emitidas por el lado diurno del planeta. Este método es el mismo que utilizó otro equipo de investigación para determinar que TRAPPIST-1 b no tenía atmósfera en la noticia antes comentada.

La cantidad de luz infrarroja media que emite un planeta está directamente relacionada con su temperatura, que a su vez está influenciada por la atmósfera. El gas de dióxido de carbono absorbe preferentemente luz de 15 micras, lo que hace que el planeta parezca más tenue en esa longitud de onda. Sin embargo, las nubes pueden reflejar la luz, haciendo que el planeta parezca más brillante y enmascare la presencia de dióxido de carbono.

Una ventaja de una atmósfera densa de cualquier composición es que logra redistribuir el calor del lado diurno al lado nocturno, lo que hace que la temperatura del lado diurno sea más baja de lo que sería sin una atmósfera. Recordemos que estos planetas tan cercanos a su estrella posiblemente enfrenten siempre la misma cara a su estrella por efecto de las fuerzas de marea.

Aunque estas mediciones iniciales no proporcionan una información definitiva sobre la naturaleza de TRAPPIST-1 c, sí ayudan acotar la situación. Los datos también muestran que es poco probable que el planeta sea un verdadero análogo de Venus con una atmósfera espesa de CO2 y nubes de ácido sulfúrico. Los resultados son consistentes con que el planeta sea una roca desnuda sin atmósfera, o que el planeta tenga una atmósfera de CO2 realmente delgada y sin nubes. Si el planeta tuviera una atmósfera espesa de CO2, se habría observado un eclipse secundario muy poco profundo, o ninguno en absoluto. Esto se debe a que el CO2 estaría absorbiendo toda la luz de 15 micras, por lo que no se detectaría nada.

La ausencia de una atmósfera espesa sugiere que el planeta se pudo haber formado con relativamente poca agua. Si los planetas de TRAPPIST-1 más fríos y templados se formaron en condiciones similares, es posible que también hayan comenzado con poca agua y otros componentes necesarios para que un planeta sea habitable.

La sensibilidad requerida para distinguir entre varios escenarios atmosféricos en un planeta tan pequeño y tan lejano es verdaderamente sorprendente. La disminución en el brillo que Webb detectó durante el eclipse secundario fue solo del 0,04 por ciento. Esto es equivalente a mirar una pantalla de 10000 bombillas diminutas y notar que solo cuatro se han apagado. Es extraordinario que se pueda medir esto.

Todavía existe la posibilidad de que algunos de los otros cinco planetas del sistema TRAPPIST-1 tengan atmósferas espesas que contengan compuestos interesantes desde el punto de vista biológico, como el dióxido de carbono, el metano o el oxígeno. En un reprint publicado el pasado 8 de junio https://neofronteras.com

Fuentes y referencias:
Artículo original.
Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI); Science: Sebastian Zieba (MPI-A), Laura Kreidberg (MPI-A).