El telescopio espacial James Webb de la NASA ha obtenido la primera prueba clara de la presencia de dióxido de carbono en la atmósfera de un planeta fuera del sistema solar. Esta observación de un planeta gigante gaseoso que orbita una estrella similar al Sol a 700 años luz de distancia, proporciona información importante sobre la composición y formación del planeta.
El hallazgo, aceptado para su publicación en Nature, ofrece indicios de que en el futuro el Webb podrá detectar y medir el dióxido de carbono de las atmósferas más finas de planetas rocosos más pequeños.
WASP-39 b es un exoplaneta gigante de gas caliente con una masa de aproximadamente un cuarto de la de Júpiter (casi la misma que la de Saturno) y un diámetro 1,3 veces mayor que el de Júpiter. Su extrema hinchazón está relacionada en parte con su alta temperatura (alrededor de 900 grados Celsius). A diferencia de los gigantes gaseosos más fríos y compactos de nuestro sistema solar, WASP-39 b orbita muy cerca de su estrella, a solo alrededor de un octavo de la distancia entre el Sol y Mercurio, completando una órbita en poco más de cuatro días terrestres. El descubrimiento del planeta, en 2011, se consiguió gracias a detecciones de atenuaciones sutiles y periódicas de la luz de su estrella anfitriona a medida que el planeta transitaba o pasaba frente a su estrella.
Las observaciones anteriores con otros telescopios, incluidos los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA, revelaron la presencia de vapor de agua, sodio y potasio en la atmósfera del exoplaneta. La inigualable sensibilidad infrarroja del Webb ha confirmado la presencia de dióxido de carbono en este exoplaneta.
Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA y L. Hustak (STScI); Ciencia: Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team del JWST.
Filtración de la luz estelar
Los planetas en tránsito como WASP-39 b, cuyas órbitas observamos de canto en lugar de desde arriba, pueden brindar a los investigadores oportunidades ideales para estudiar atmósferas planetarias.
Durante un tránsito, parte de la luz de la estrella es eclipsada por el planeta por completo (lo que provoca la atenuación general) y parte, se transmite a través de la atmósfera del planeta.
Debido a que cada gas absorbe diferentes combinaciones de colores, los investigadores pueden analizar sutiles diferencias en el brillo de la luz transmitida a lo largo de un espectro de longitudes de onda para determinar exactamente la composición de una atmósfera. Con la combinación de la atmósfera inflada y los tránsitos frecuentes, WASP-39 b es un objetivo ideal para la espectroscopia de transmisión.
Primera detección clara de dióxido de carbono
El equipo de investigación utilizó el Near-Infrared Spectrograph de Webb (NIRSpec) para sus observaciones de WASP-39b. En el espectro resultante de la atmósfera del exoplaneta, un ligero pico de entre 4,1 y 4,6 micrones supone la primera prueba determinante y detallada de dióxido de carbono, algo que nunca se había detectado en un planeta fuera del sistema solar.
“Tan pronto como aparecieron los datos en mi pantalla, me embelesó la enorme función de dióxido de carbono”, dijo Zafar Rustamkulov, estudiante de posgrado de la Universidad Johns Hopkins y miembro del equipo Transiting Exoplanet Community Early Release Science de JWST, que llevó a cabo esta investigación. Fue un momento especial: cruzar un umbral importante en las investigaciones científicas de los exoplanetas”.
Ningún observatorio ha medido antes diferencias tan livianas en el brillo de tantos colores individuales en el rango de 3 a 5,5 micrones en el espectro de transmisión de un exoplaneta. El acceso a esta parte del espectro es crucial para medir la abundancia de gases como el agua y el metano, así como el dióxido de carbono, que se cree que existen en muchos tipos diferentes de exoplanetas.
“Detectar una señal tan clara de dióxido de carbono en WASP-39 b es un buen augurio para la detección de atmósferas en planetas más pequeños del tamaño de la Tierra”, dijo Natalie Batalha de la Universidad de California en Santa Cruz, quien lidera el equipo.
Conocer la composición de la atmósfera de un planeta es importante porque nos dice algo sobre el origen del planeta y cómo evolucionó. “Las moléculas de dióxido de carbono son rastreadores sensibles de la historia de la formación de planetas”, dijo Mike Line de la Universidad Estatal de Arizona, otro miembro de este equipo de investigación. “Al medir esta característica de dióxido de carbono, podemos determinar cuánto material sólido versus cuánto material gaseoso se usó para formar este planeta gigante gaseoso. En la próxima década, el JWST realizará esta medición para una variedad de exoplanetas, brindando información sobre los detalles de cómo se forman los planetas y la singularidad de nuestro propio sistema solar”.
Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA y L. Hustak (STScI); Ciencia: El equipo Transiting Exoplanet Community Early Release Science del JWST.
Esta observación con NIRSpec de WASP-39 b es solo una parte de una investigación más amplia que incluye observaciones del planeta utilizando múltiples instrumentos del Webb, así como observaciones a otros dos planetas en tránsito. La investigación, que forma parte del programa Early Release Science, se diseñó para proporcionar a la comunidad de investigación de exoplanetas datos sólidos del Webb lo antes posible.
“El objetivo es analizar las observaciones de Early Release Science rápidamente y desarrollar herramientas de código abierto para que las use la comunidad científica”, explicó Vivien Parmentier, coinvestigadora de la Universidad de Oxford. “Esto permite contribuciones de todo el mundo y garantiza que la mejor investigación científica posible surja de las próximas décadas de observaciones”.
Natasha Batalha, coautora del artículo del Ames Research Center de la NASA, añade que “los principios rectores de la ciencia abierta de la NASA se centran en nuestro trabajo de ciencia de liberación temprana, que respalda un proceso científico inclusivo, transparente y colaborativo”.
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. El Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mirará más allá de cuerpos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. El Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus colaboradores, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.
Edición: R. Castro.