James Webb encontró el primero mundo extraterrestre con CO2 en su atmósfera y podría contener vida


El telescopio espacial James Webb de la NASA ha capturado la primera evidencia clara 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 evidencia de que en el futuro Webb podrá detectar y medir el dióxido de carbono en las atmósferas más delgadas de los planetas rocosos más pequeños.

WASP-39 b es un 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 1600 grados Fahrenheit o 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, solo alrededor de un octavo de la distancia entre el Sol y Mercurio, completando un circuito en poco más de cuatro días terrestres. El descubrimiento del planeta, informado en 2011, se realizó en base a detecciones en tierra de la atenuación sutil y periódica de la luz de su estrella anfitriona a medida que el planeta transita o pasa frente a la estrella.

Las observaciones anteriores de 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 planeta. La inigualable sensibilidad infrarroja de Webb ahora también ha confirmado la presencia de dióxido de carbono en este planeta.

Una serie de curvas de luz del espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec) muestra el cambio en el brillo de tres longitudes de onda (colores) diferentes de la luz del sistema estelar WASP-39 a lo largo del tiempo a medida que el planeta transitaba la estrella el 10 de julio de 2022.
Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA y L. Hustak (STScI); Ciencia: El equipo científico de salida temprana de la comunidad de exoplanetas en tránsito del JWST

Luz estelar filtrada


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 sondear atmósferas planetarias.

Durante un tránsito, parte de la luz de las estrellas 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 diferentes gases absorben diferentes combinaciones de colores, los investigadores pueden analizar pequeñas diferencias en el brillo de la luz transmitida en un espectro de longitudes de onda para determinar exactamente de qué está hecha una atmósfera. Con su combinación de atmósfera inflada y 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 espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec) para sus observaciones de WASP-39b. En el espectro resultante de la atmósfera del exoplaneta, una pequeña colina entre 4,1 y 4,6 micrones presenta la primera evidencia clara y detallada de dióxido de carbono jamás detectada en un planeta fuera del sistema solar.

«Tan pronto como aparecieron los datos en mi pantalla, me atrapó la enorme función de dióxido de carbono», dijo Zafar Rustamkulov, estudiante de posgrado de la Universidad Johns Hopkins y miembro del equipo científico de liberación temprana de la comunidad de exoplanetas en tránsito de JWST, que llevó a cabo esta investigación. Fue un momento especial, cruzar un umbral importante en las ciencias de los exoplanetas”.

Ningún observatorio ha medido antes diferencias tan sutiles 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.

Comprender 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, JWST realizará esta medición para una variedad de planetas, brindando información sobre los detalles de cómo se forman los planetas y la singularidad de nuestro propio sistema solar”.

Gráfico de la cantidad de luz bloqueada frente a la longitud de onda de la luz con puntos de datos y un modelo, que muestra un pico ancho y prominente etiquetado como «Dióxido de carbono, C O 2».
Un espectro de transmisión del exoplaneta gigante de gas caliente WASP-39 b capturado por el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec) el 10 de julio de 2022 revela la primera evidencia clara de dióxido de carbono en un planeta fuera del sistema solar. Este es también el primer espectro detallado de transmisión de exoplanetas jamás capturado que cubre longitudes de onda entre 3 y 5,5 micrones.
Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA y L. Hustak (STScI); Ciencia: El equipo científico de salida temprana de la comunidad de exoplanetas en tránsito del JWST

Ciencia de salida temprana


Esta observación con prisma NIRSpec de WASP-39 b es solo una parte de una investigación más amplia que incluye observaciones del planeta utilizando múltiples instrumentos Webb, así como observaciones de 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 de 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 ciencia posible surja de las próximas décadas de observaciones”.

Natasha Batalha, coautora del artículo del Centro de Investigación Ames de la NASA, agrega 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. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas e investigará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.

Con información de NASA

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