El telescopio espacial James Webb de la NASA ha captado la señal inconfundible del agua, junto con evidencia de nubes y bruma, en la atmósfera que rodea un planeta gigante gaseoso, caliente e inflado, que orbita alrededor de una estrella distante parecida al Sol.
La observación, que revela la presencia de moléculas de gas específicas, con base en pequeñas disminuciones en el brillo de colores de luz precisos, es la más detallada de su tipo hasta la fecha, demostrando la capacidad sin precedentes de Webb de analizar atmósferas a cientos de años luz de distancia.
Si bien el telescopio espacial Hubble ha analizado numerosas atmósferas de exoplanetas en las últimas dos décadas, capturando la primera detección clara de agua en 2013, la observación inmediata y más detallada de Webb marca un gigante paso adelante en la búsqueda para caracterizar planetas potencialmente habitables más allá de la Tierra.
WASP-96 b es uno de los más de 5.000 exoplanetas confirmados en la Vía Láctea. Ubicado a unos 1.150 años luz de distancia en la constelación del Fénix en el cielo del hemisferio sur, representa un tipo de gigante gaseoso que no tiene un análogo directo en nuestro sistema solar. Con una masa inferior a la mitad de la masa de Júpiter y un diámetro 1,2 veces mayor, WASP-96 b está mucho más “inflado” que cualquiera de los planeta que orbitan alrededor de nuestro Sol. Y con una temperatura superior a 538 °C (1.000 °F), es significativamente más caliente. WASP-96 b tiene una órbita extremadamente cercana a su estrella similar al Sol, apenas a un noveno de la distancia entre Mercurio y el Sol, y completa un circuito cada tres días y medio, en días terrestres.
La combinación de su gran tamaño, período orbital corto, atmósfera esponjada y ausencia de luz contaminante de los objetos cercanos en el cielo hacen que WASP-96 b sea un objetivo ideal para hacer observaciones atmosféricas.
El 21 de junio, el Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) midió la luz del sistema WASP-96 durante 6,4 horas mientras el planeta pasaba por delante de la estrella. El resultado es una curva de luz que muestra la atenuación general de la luz de las estrellas durante su tránsito, y un espectro de transmisión que revela el cambio en el brillo de las longitudes de onda individuales de luz infrarroja entre 0,6 y 2,8 micras.
Si bien la curva de luz confirma las propiedades del planeta que ya se habían determinado a partir de otras observaciones —la existencia, el tamaño y la órbita del planeta—, el espectro de transmisión pone al descubierto detalles de la atmósfera que antes habían estado ocultos: la inequívoca señal del agua, indicaciones de bruma y la evidencia de nubes que se pensaba que no existían según observaciones anteriores.
Un espectro de transmisión se hace al comparar la luz de las estrellas que es filtrada a través de la atmósfera de una planeta a medida que este se desplaza por delante de su estrella con la luz de las estrellas sin filtrar que es detectada cuando el planeta está al lado de la estrella. Los investigadores son capaces de detectar y medir la abundancia de gases clave en la atmósfera de un planeta a partir del patrón de absorción, es decir, las ubicaciones y las alturas de los picos en la gráfica. De la misma manera como las personas tienen distintas huellas digitales y secuencias de ADN, los átomos y las moléculas tienen patrones característicos de las longitudes de onda que absorben.
El espectro de WASP-96 b que fue captado por NIRISS no solamente es el espectro de transmisión en infrarrojo cercano de la atmósfera de un exoplaneta más detallado que se haya captado hasta la fecha, sino que también cubre un rango de longitudes de onda notablemente amplio, incluyendo la luz roja visible y una porción del espectro que no ha sido accesible antes desde otros telescopios (longitudes de onda mayores de 1,6 micras). Esta parte del espectro es particularmente sensible al agua, así como a otras moléculas clave como el oxígeno, el metano y el dióxido de carbono, los cuales no son inmediatamente obvios en el espectro de WASP-96 b pero deberían ser detectables en otros exoplanetas que Webb tiene planeado observar.
Los investigadores podrán usar el espectro para medir la cantidad de vapor de agua en la atmósfera, limitar la abundancia de diversos elementos como el carbono y el oxígeno, y estimar la temperatura de la atmósfera en profundidad. Pueden entonces usar esta información para hacer inferencias sobre la composición general del planeta, además de cómo, cuándo y dónde se formó. La línea azul en la gráfica es un modelo de mejor ajuste que toma en cuenta los datos, las propiedades conocidas de WASP-96 b y de su estrella (por ejemplo, el tamaño, la masa y la temperatura), y las características presumibles de la atmósfera.
El excepcional detalle y claridad de estas mediciones es posible debido al diseño de última generación de Webb. Su espejo recubierto de oro de 25 metros (270 pies) cuadrados recoge la luz infrarroja de manera eficiente. Sus espectrógrafos de precisión esparcen la luz en diferentes arcoíris de miles de colores del infrarrojo. Y sus sensibles detectores del infrarrojo miden diferencias extremadamente sutiles en el brillo. NIRISS es capaz de detectar diferencias de color de tan solo una milésima de micra (la diferencia entre el verde y el amarillo es de unas 50 micras), y las diferencias en el brillo entre esos colores de unos pocos cientos de partes por millón.
Además, la extrema estabilidad de Webb y su ubicación orbital alrededor del punto 2 de Lagrange, a 1,5 millones de kilómetros (algo menos de un millón de millas) de distancia de los efectos contaminantes de la atmósfera de la Tierra, le permiten tener una vista ininterrumpida y obtener datos limpios que se pueden analizar con relativa rapidez.
El espectro extraordinariamente detallado —hecho con el análisis simultáneo de 280 espectros individuales capturados durante la observación— ofrece apenas una indicación de lo que Webb tiene reservado para su investigación de los exoplanetas. Durante el próximo año, los investigadores utilizarán espectroscopia para analizar las superficies y las atmósferas de varias docenas de exoplanetas, desde pequeños planetas rocosos hasta gigantes ricos en gas y hielo. Casi un cuarto del tiempo de observación del Cycle 1 de Webb está dedicado a estudiar exoplanetas y los materiales que los forman.
Esta observación de NIRISS demuestra que Webb tiene la capacidad de caracterizar las atmósferas de los exoplanetas —incluyendo las de planetas potencialmente habitables— con exquisito detalle.
Para obtener un conjunto completo de las primeras imágenes y espectros de Webb, incluidos los archivos descargables:
https://webbtelescope.org/news/first-images
Noticia original (en inglés)
Traducción: Ciencia NASA.
Edición: R. Castro.
