JWST identifica metano en la atmósfera de un exoplaneta         

Por: Tadeo Cesari, NASA.

22 de noviembre de 2023

Representación artística del cálido exoplaneta WASP-80 b, cuyo color puede parecer azulado al ojo humano debido a la falta de nubes a gran altitud y la presencia de metano atmosférico. Crédito de la imagen: NASA.

El telescopio espacial James Webb (JWST) observó el exoplaneta WASP-80 b mientras pasaba por delante y por detrás de su estrella anfitriona, revelando espectros indicativos de una atmósfera que contiene gas metano y vapor de agua. Si bien hasta la fecha se ha detectado vapor de agua en más de una docena de planetas, hasta hace poco, el metano, una molécula que se encuentra en abundancia en las atmósferas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno dentro de nuestro Sistema Solar, había permanecido esquivo en las atmósferas de exoplanetas en tránsito, cuando se estudiaban con espectroscopia espacial.

Con una temperatura de unos 825 Kelvin (unos 551  grados centígrados), WASP-80 b es lo que los científicos llaman un “Júpiter cálido”, que son planetas similares en tamaño y masa al planeta Júpiter de nuestro Sistema Solar pero que tienen una temperatura que está entre la de los Júpiter calientes, como el HD 209458 b de 1450 K (el primer exoplaneta en tránsito descubierto), y los Júpiter fríos, como el nuestro, que tiene unos 125 K.

WASP-80 b gira alrededor de su estrella enana roja una vez cada tres días y se encuentra a 163 años luz de nosotros, en la constelación de Aquila. Como el planeta está tan cerca de su estrella y ambas tan lejos de nosotros, que no se puede ver el planeta directamente ni siquiera con los telescopios más avanzados como el JWST. En cambio, los investigadores estudian la luz combinada de la estrella y el planeta utilizando el método de tránsito (que se ha utilizado para descubrir la mayoría de los exoplanetas conocidos) y el método del eclipse.

Usando el método de tránsito, observamos el sistema cuando el planeta se movía frente a su estrella desde nuestra perspectiva, lo que provocó que la luz de la estrella que vimos se atenuara un poco. Durante este tiempo, la estrella ilumina un delgado anillo de la atmósfera del planeta alrededor del límite día/noche del planeta, y en ciertos colores de luz donde las moléculas en la atmósfera del planeta absorben la luz, la atmósfera parece más espesa y bloquea más luz estelar, provocando una atenuación más profunda en comparación con otras longitudes de onda donde la atmósfera parece transparente. Este método ayuda a los científicos como nosotros a comprender de qué está hecha la atmósfera del planeta al ver qué colores de luz están siendo bloqueados.

Mientras tanto, utilizando el método del eclipse, se avista el sistema cuando el planeta pasa detrás de su estrella desde nuestra perspectiva, provocando otra pequeña caída en la luz total que se recibe. Todos los objetos emiten algo de luz, llamada radiación térmica, con la intensidad y el color de La luz emitida depende de qué tan caliente esté el objeto. Justo antes y después del eclipse, la cara diurna caliente del planeta apunta hacia la Tierra, y midiendo la caída de la luz durante el eclipse, pudimos medir la luz infrarroja emitida por el planeta. La atmósfera del planeta normalmente aparece como una reducción en la luz emitida por el planeta en longitudes de onda específicas. Además, dado que el planeta es mucho más pequeño y más frío que su estrella anfitriona, la profundidad de un eclipse es mucho menor que la profundidad de un tránsito.

Las observaciones iniciales que hicieron los astrónomos debían transformarse en el espectro; esto es esencialmente una medida que muestra cuánta luz es bloqueada o emitida por la atmósfera del planeta en diferentes colores (o longitudes de onda) de luz. Existen muchas herramientas diferentes para transformar observaciones sin procesar en espectros útiles, por lo que la investigación siguió dos enfoques diferentes para asegurarse de que los hallazgos fueran sólidos ante diferentes suposiciones.

El primer tipo de modelo es completamente flexible y prueba millones de combinaciones de abundancias y temperaturas de metano y agua para encontrar, alineando la detección que mejor coincide con los datos; mientras que el segundo tipo, llamado “modelos autoconsistentes”, también explora millones de combinaciones, pero utiliza nuestro conocimiento existente de física y química para determinar los niveles de metano y agua que podrían esperarse.

Ambos tipos de modelos llegaron a la misma conclusión: una detección definitiva de metano. Posteriormente los resultados fueron validados a partir de tratamiento estadísticos para garantizar la fiabilidad de las detecciones, con una detección tan segura, no sólo se ha encontrado una molécula muy esquiva, sino que ahora podemos comenzar a explorar lo que esta composición química nos dice sobre el nacimiento, el crecimiento y la evolución del planeta. Por ejemplo, midiendo la cantidad de metano y agua En el planeta, es posible inferir la proporción de átomos de carbono a átomos de oxígeno.

Fuente:

https://phys.org/news/2023-11-webb-methane-exoplanet-atmosphere.html