El Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha detectado metano y vapor de agua en la atmósfera de un mundo similar a Júpiter situado a unos 163 años luz de distancia.
Los astrónomos hicieron el descubrimiento utilizando este potente telescopio espacial infrarrojo para observar el planeta extrasolar o «exoplaneta“WASP-80 b pasa frente a la cara de su estrella enana roja madre, sobre la cual orbita aproximadamente una vez cada 3 días terrestres.
Hasta ahora, los astrónomos han detectado vapor de agua en las atmósferas de una docena de planetas, pero la detección de metano (aunque se encuentra comúnmente en las atmósferas de mundos del Sistema Solar como Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) mediante espectroscopía espacial está lejos de terminar. más raro. Eso es lo que el equipo, que incluye a los científicos Luis Welbanks y Michael Line de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona, y Taylor Bell, investigador del Instituto de Investigación Ambiental del Área de la Bahía (BAERI), ha hecho ahora con el Telescopio Espacial James Webb.
«Fue la primera vez que vimos con nuestros ojos una característica espectral tan obvia del metano en el espectro de un exoplaneta en tránsito, que no es muy diferente de lo que se pudo ver en el espectro de los planetas gigantes del sistema solar hace medio siglo. hace», dijo Welbanks. dijo en un comunicado.
Para ser claros, esta no es la primera vez que JWST descubre metano atmosférico. Por ejemplo, el observatorio descubrió moléculas de este tipo alrededor del exoplaneta K12-18b. a principios de este año.
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Una aguja en un pajar cósmico
WASP-80 b está clasificado como un «Júpiter caliente» porque no está tan cerca de su estrella madre como los llamados Júpiter calientes, pero aún está más cerca que los llamados Júpiter fríos. El Júpiter original, el planeta más grande de nuestro sistema solar y el gigante gaseoso que da nombre a esta categoría de planetas, es técnicamente un «Júpiter frío».
Debido a esta relativa proximidad, distinguir WASP-80 b de su estrella enana roja no es una tarea fácil. De hecho, estas son incluso las capacidades del JWST, valoradas en 10 mil millones de dólares. Esto equivale a detectar un solo cabello humano desde una distancia de 14,5 kilómetros.
Afortunadamente, los astrónomos tienen una manera de abordar este desafío. Básicamente, esperan a que WASP-80 b cruce la cara de la enana roja que orbita y luego observan un espectro colectivo asociado con el planeta.
Étant donné que les éléments chimiques et les molécules absorbent la lumière à des longueurs d’onde caractéristiques, l’examen des spectres combinés et leur comparaison avec les spectres solo de l’étoile révèlent les empreintes digitales distinctives de molécules spécifiques dans l’atmosphère d ‘un planeta.
«Usando el método de tránsito, observamos el sistema mientras el planeta se movía frente a su estrella desde nuestra perspectiva, lo que provocó una ligera disminución en la luz de las estrellas que vemos. Es un poco como cuando alguien pasa junto a una lámpara y la luz se atenúa». dijo Welbanks.
“Mientras tanto”, continuó Welbanks, “un delgado anillo de la atmósfera del planeta alrededor del límite día/noche del planeta está iluminado por la estrella, y en ciertos colores de luz donde las moléculas de la atmósfera del planeta absorben la luz, la atmósfera parece más espesa y bloquea más luz estelar, lo que provoca 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 bloqueados», explicó el investigador.
Pero el equipo no se quedó ahí. Los científicos también utilizaron otro método para medir la atmósfera de WASP-80 b.
Te calientas… persiguiendo metano
Como todos los planetas, WASP-80 b emite parte de su luz en forma de radiación térmica. La categoría de longitud de onda y la intensidad de esta luz dependen de la temperatura del planeta.
Esta proximidad de WASP-80 b a su estrella le da al planeta una temperatura superficial de 1.025 grados Fahrenheit (552 grados Celsius). Esto es en comparación con las temperaturas cálidas típicas de Júpiter de 2150 grados Fahrenheit (1177 grados Celsius) y las temperaturas positivamente gélidas de nuestro Júpiter de menos 235 grados Fahrenheit (-148 grados Celsius).
Los Júpiter calientes y calientes también están fijados por mareas a sus estrellas, lo que significa que tienen «lados diurnos» permanentes más cálidos que siempre miran hacia la estrella, y «lados nocturnos» permanentes más fríos que siempre miran hacia el espacio.
Justo antes de que WASP-80 b eclipse su estrella, su lado diurno apunta hacia la Tierra, lo que significa que medir una caída en la luz de la estrella durante el eclipse revela luz infrarroja proveniente del planeta debido a sus emisiones térmicas. Esto proporciona a los astrónomos «espectros de eclipse» con patrones de absorción de luz relacionados con las moléculas de la atmósfera de un planeta. Estos patrones aparecen como una especie de reducción de la luz emitida por el planeta en longitudes de onda específicas.
Lo mejor de ambos mundos
La combinación de datos de eclipses y tránsito permitió al equipo ver cuánta luz bloqueaba y emitía la atmósfera de WASP-80 b en diferentes longitudes de onda. A continuación, los investigadores utilizaron dos modelos diferentes para simular cómo sería la atmósfera de un planeta como WASP-80 b en las condiciones extremas de un Júpiter caliente.
Uno de los modelos era estricto y tenía en cuenta la física y la química existentes para determinar los niveles de metano y agua que podrían esperarse en un mundo así. El otro modelo era más flexible y probaba millones de combinaciones diferentes de abundancias y temperaturas de metano y agua para encontrar la receta que mejor se ajustara a los datos. La comparación de los datos de tránsito y eclipses con ambos modelos llevó al equipo a la misma conclusión clara.
De hecho, habían detectado metano en la atmósfera de WASP-80 b.
«Antes del JWST, el metano había permanecido en gran medida indetectable, a pesar de las expectativas de que podría haber sido detectado con el Telescopio Espacial Hubble en planetas donde debería haber sido abundante», explicó Line. «Estos fallos de detección han generado una multitud de ideas que van desde el agotamiento intrínseco del carbono hasta la destrucción fotoquímica y la mezcla de gases profundamente empobrecidos en metano».
El siguiente paso es explorar qué puede decir la composición química de WASP-80 b a los científicos sobre las características, la historia de formación y la evolución del exoplaneta con respecto a la abundancia de metano y agua. Estos estudios también permitirían al equipo inferir cosas como la proporción de carbono atmosférico y oxígeno. Esta proporción varía dependiendo precisamente de dónde se forma un planeta alrededor de una estrella; esto podría revelar si WASP-80 b se formó donde está ahora o si nació más lejos antes de migrar hacia su estrella.
El equipo también comparará las atmósferas de los Júpiter calientes fuera del sistema solar con las de los planetas que orbitan alrededor del Sol, aprovechando muestras y datos recopilados por misiones espaciales que ya han visitado Júpiter y Saturno.
«El metano no sólo es un gas importante para rastrear la composición atmosférica y la química de los planetas gigantes, sino que también se supone que constituye, en combinación con el oxígeno, una posible firma de la biología», concluyó Welbanks. «Uno de los principales objetivos del Observatorio de Mundos Habitables, la próxima misión emblemática de la NASA después de JWST y Roman, es buscar gases como oxígeno y metano en planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al Sol».
La investigación del equipo fue publicada el 22 de noviembre en la revista Naturaleza.
