Acabamos de obtener la vista más detallada de la atmósfera de un exoplaneta hasta el momento

WASP-39b, un gigante gaseoso a unos 700 años luz de distancia, se está convirtiendo en todo un tesoro exoplanetario.

A principios de este año, WASP-39b fue objeto de la primera detección de dióxido de carbono en la atmósfera de un planeta fuera del Sistema Solar.

Ahora, un análisis en profundidad de los datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST) nos ha dado una mina de oro absoluta de información: la mirada más detallada a la atmósfera de un exoplaneta hasta el momento.

Los resultados incluyen información sobre las nubes de WASP-39b, la primera detección directa de fotoquímica en la atmósfera de un exoplaneta y un inventario casi completo del contenido químico de la atmósfera que revela indicios tentadores de la historia de formación del exoplaneta.

Estos descubrimientos épicos han sido publicados en cinco artículos en Naturalezay allanan el camino para la eventual detección de firmas químicas de vida fuera del Sistema Solar.

“Estas primeras observaciones son un presagio de la ciencia más asombrosa que vendrá con JWST”, dice la astrofísica Laura Kreidbergdirector del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.

“Pusimos el telescopio a prueba para probar el rendimiento, y fue casi perfecto, incluso mejor de lo que esperábamos”.

Desde que se descubrieron los primeros exoplanetas a principios de la década de 1990, hemos buscado saber más sobre estos mundos que orbitan estrellas alienígenas.

Pero los desafíos han sido empinados. Los exoplanetas pueden ser extremadamente pequeños y están extremadamente distantes. Ni siquiera hemos visto la mayoría de ellos: solo sabemos de su existencia en función del efecto que tienen en sus estrellas anfitrionas.

Uno de estos efectos ocurre cuando el exoplaneta pasa entre nosotros y la estrella, un evento conocido como tránsito. Esto hace que la luz de las estrellas se atenúe ligeramente; los eventos periódicos de oscurecimiento sugier en la presencia de un cuerpo en órbita. Incluso podemos decir qué tan grande es ese cuerpo en órbita, según los efectos gravitatorios y de atenuación en la estrella.

Y hay algo más que podemos decir, según los datos de tránsito. A medida que la luz de las estrellas atraviesa la atmósfera del exoplaneta en tránsito, cambia. Algunas longitudes de onda en el espectro se atenúan o se aclaran, dependiendo de cómo las moléculas en la atmósfera absorben y vuelven a emitir luz.

La señal es débil, pero con un telescopio lo suficientemente potente y una pila de tránsitos, las características cambiantes de absorción y emisión en el espectro pueden decodificarse para determinar el contenido de la atmósfera de un exoplaneta.

JWST es el telescopio espacial más poderoso jamás lanzado. Con tres de sus cuatro instrumentos, obtuvo espectros infrarrojos detallados de la estrella WASP-39. Luego, los científicos se pusieron a trabajar analizando los códigos coloridos.

Primero fue un censo de las moléculas presentes en la atmósfera de WASP-39b. Además del dióxido de carbono antes mencionado, los investigadores detectaron vapor de agua, sodio y monóxido de carbono. No se detectó metano, lo que implica que la metalicidad de WASP-39b es mayor que la de la Tierra.

La abundancia de estos elementos también es reveladora. En particular, la proporción de carbono a oxígeno sugiere que el exoplaneta se formó mucho más lejos de su estrella anfitriona que su actual posición cercana, ocupando una órbita de cuatro días. Y los datos de modelado y observación sugieren que el cielo del exoplaneta está poblado por nubes rotas, no de agua, sino de silicatos y sulfitos.

Finalmente, las observaciones revelaron la presencia de un compuesto llamado dióxido de azufre. Aquí en el Sistema Solar, en mundos rocosos como Venus y la luna joviana Io, el dióxido de azufre es el resultado de la actividad volcánica. Pero en los mundos gaseosos, el dióxido de azufre tiene una historia de origen diferente: se produce cuando la luz descompone el sulfuro de hidrógeno en sus partes constituyentes, y el azufre resultante se oxida.

Las reacciones químicas inducidas por fotones se conocen como fotoquímicay tienen implicaciones para la habitabilidad, la estabilidad de una atmósfera y la formación de aerosoles.

WASP-39b, para ser claros, no es probable que sea habitable para la vida tal como la conocemos por un montón de razones, incluidas, entre otras, su temperatura abrasadora y su composición gaseosa, pero la detección de la fotoquímica tiene implicaciones para estudios atmosféricos de otros mundos y comprensión de la evolución del propio WASP-39b.

Los científicos planetarios se han estado preparando durante años para conocer las atmósferas que se esperaba que proporcionara el JWST. Con el primer análisis detallado de la atmósfera de exoplanetas, parece que el telescopio espacial va a cumplir su promesa.

Además, los equipos involucrados en esta investigación están preparando documentación para que otros científicos puedan aplicar sus técnicas a futuras observaciones de exoplanetas del JWST.

Es posible que no detectemos las firmas de vida en la atmósfera de un exoplaneta con JWST (quizás se requiera un telescopio aún más poderoso para brindar ese nivel de detalle fino), pero con el análisis de WASP-39b, ese descubrimiento se siente cada vez más tentador al alcance de la mano. .

“Datos como estos” dice la astrónoma Natalie Batalha de la Universidad de California Santa Cruz, “son un cambio de juego”.

La investigación será publicada. Naturaleza y se puede leer en preprints aquí, aquí, aquí, aquíy aquí.

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