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lunes, diciembre 5, 2022
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Webb reveló la atmósfera de un mundo extraterrestre que nunca antes se había visto

El Telescopio Espacial James Webb (JWST) acaba de marcar otra primicia: un retrato molecular y químico detallado de los cielos de un mundo distante.


El conjunto de instrumentos altamente sensibles del telescopio se enfocó en la atmósfera de un «Saturno caliente», un planeta tan masivo como Saturno que orbita una estrella a unos 700 años luz de distancia, conocido como WASP-39 b. Si bien JWST y otros telescopios espaciales, incluidos Hubble y Spitzer, han revelado previamente ingredientes aislados de la atmósfera de este planeta en llamas, las nuevas lecturas brindan un menú completo de átomos, moléculas e incluso signos de química activa y nubes.

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Las nuevas observaciones de WASP-39b con el JWST han proporcionado una imagen más clara del exoplaneta, mostrando la presencia de sodio, potasio, agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono y dióxido de azufre en la atmósfera del planeta. La ilustración de este artista también muestra parches de nubes recién detectados esparcidos por todo el planeta. Crédito: Melissa Weiss/Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian

«La claridad de las señales de varias moléculas diferentes en los datos es notable», dice Mercedes López-Morales, astrónoma del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y uno de los científicos que contribuyeron a los nuevos resultados.

«Habíamos predicho que íbamos a ver muchas de esas señales, pero aún así, cuando vi los datos por primera vez, me quedé asombrado», agrega López-Morales.

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Los datos más recientes también dan una pista de cómo se verían de cerca estas nubes en los exoplanetas: rotas en lugar de una manta única y uniforme sobre el planeta.

Los hallazgos son un buen augurio para la capacidad de JWST para realizar la amplia gama de investigaciones sobre exoplanetas (planetas alrededor de otras estrellas) que los científicos esperaban. Eso incluye sondear las atmósferas de planetas rocosos más pequeños como los del sistema TRAPPIST-1.

«Observamos el exoplaneta con múltiples instrumentos que juntos brindan una amplia franja del espectro infrarrojo y una panoplia de huellas dactilares químicas inaccesibles hasta JWST», dijo Natalie Batalha, astrónoma de la Universidad de California, Santa Cruz, quien contribuyó y ayudó a coordinar la nueva investigación. «Datos como estos son un cambio de juego».

El conjunto de descubrimientos se detalla en un conjunto de cinco artículos científicos presentados recientemente, disponibles en el sitio web de preimpresión arXiv. Entre las revelaciones sin precedentes se encuentra la primera detección en la atmósfera de un exoplaneta de dióxido de azufre, una molécula producida a partir de reacciones químicas provocadas por la luz de alta energía de la estrella madre del planeta. En la Tierra, la capa protectora de ozono en la atmósfera superior se crea de manera similar.

«La sorprendente detección de dióxido de azufre finalmente confirma que la fotoquímica da forma al clima de los ‘saturnos calientes'», dice Diana Powell, becaria del Hubble de la NASA, astrónoma del Centro de Astrofísica y miembro central del equipo que hizo el descubrimiento del dióxido de azufre. «El clima de la Tierra también está determinado por la fotoquímica, por lo que nuestro planeta tiene más en común con los ‘Saturnos calientes’ de lo que sabíamos anteriormente».

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La composición atmosférica del exoplaneta gigante de gas caliente WASP-39 b ha sido revelada por el Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA. Este gráfico muestra cuatro espectros de transmisión de tres de los instrumentos de Webb operados en cuatro modos de instrumento. Todos están trazados en una escala común que se extiende de 0,5 a 5,5 micras. Se crea un espectro de transmisión comparando la luz estelar filtrada a través de la atmósfera de un planeta a medida que se mueve frente a la estrella, con la luz estelar sin filtrar detectada cuando el planeta está al lado de la estrella. Cada uno de los puntos de datos (círculos blancos) en estos gráficos representa la cantidad de luz de una longitud de onda específica que es bloqueada por el planeta y absorbida por su atmósfera. Las longitudes de onda que son preferentemente absorbidas por la atmósfera aparecen como picos en el espectro de transmisión. La línea azul es un modelo de mejor ajuste que tiene en cuenta los datos, las propiedades conocidas de WASP-39 b y su estrella (por ejemplo, tamaño, masa, temperatura) y las características supuestas de la atmósfera. Los investigadores pueden variar los parámetros en el modelo, cambiando características desconocidas como la altura de las nubes en la atmósfera y la abundancia de varios gases, para obtener un mejor ajuste y comprender mejor cómo es realmente la atmósfera. Arriba a la izquierda, los datos de NIRISS muestran huellas dactilares de potasio (K), agua (H2O) y monóxido de carbono (CO). En la parte superior derecha, los datos de NIRCam muestran una firma de agua prominente. En la parte inferior izquierda, los datos de NIRSpec indican agua, dióxido de azufre (SO2), dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO). En la parte inferior derecha, los datos adicionales de NIRSpec revelan todas estas moléculas, así como el sodio (Na). Crédito: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)

Jea Adams, estudiante de posgrado en Harvard e investigadora del Centro de Astrofísica, analizó los datos que confirmaron la señal de dióxido de azufre.

«Como investigador al principio de su carrera en el campo de las atmósferas de exoplanetas, es muy emocionante ser parte de una detección como esta», dice Adams. «El proceso de análisis de estos datos se sintió mágico. Vimos indicios de esta característica en los primeros datos, pero este instrumento de mayor precisión reveló claramente la firma de SO2 y nos ayudó a resolver el rompecabezas».

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A una temperatura estimada de 1.600 grados Fahrenheit y una atmósfera compuesta principalmente de hidrógeno, no se cree que WASP-39 b sea habitable. El exoplaneta se ha comparado tanto con Saturno como con Júpiter, con una masa similar a Saturno, pero un tamaño total tan grande como el de Júpiter. Pero el nuevo trabajo señala el camino para encontrar evidencia de vida potencial en un planeta habitable.

La proximidad del planeta a su estrella anfitriona, ocho veces más cerca que Mercurio de nuestro sol, también lo convierte en un laboratorio para estudiar los efectos de la radiación de las estrellas anfitrionas en los exoplanetas. Un mejor conocimiento de la conexión estrella-planeta debería traer una comprensión más profunda de cómo estos procesos crean la diversidad de planetas observados en la galaxia.

Otros componentes atmosféricos detectados por JWST incluyen sodio, potasio y vapor de agua, lo que confirma observaciones previas de telescopios espaciales y terrestres, así como la búsqueda de características de agua adicionales, en longitudes de onda más largas, que no se habían visto antes.

JWST también vio dióxido de carbono a una resolución más alta, proporcionando el doble de datos que los informados en sus observaciones anteriores. Mientras tanto, se detectó monóxido de carbono, pero las firmas obvias de metano y sulfuro de hidrógeno estaban ausentes de los datos. Si están presentes, estas moléculas se encuentran en niveles muy bajos, un hallazgo significativo para los científicos que realizan inventarios de la química de los exoplanetas para comprender mejor la formación y el desarrollo de estos mundos distantes.

Esta imagen muestra la impresión de un artista del planeta WASP-39 b y su estrella. El planeta tiene una atmósfera difusa de color naranja azulado con indicios de bandas de nubes longitudinales debajo. El cuarto izquierdo del planeta (el lado que mira hacia la estrella) está iluminado, mientras que el resto está en la sombra. La estrella es de color blanco amarillento brillante, sin características claras. Crédito: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)
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Capturar un espectro tan amplio de la atmósfera de WASP-39 b fue un tour de force científico, ya que un equipo internacional de cientos analizó de forma independiente los datos de cuatro de los modos de instrumentos finamente calibrados de JWST. Luego hicieron intercomparaciones detalladas de sus hallazgos, arrojando resultados aún más matizados científicamente.

JWST ve el universo en luz infrarroja, en el extremo rojo del espectro de luz más allá de lo que pueden ver los ojos humanos; eso permite que el telescopio recoja huellas químicas que no se pueden detectar en la luz visible.

Cada uno de los tres instrumentos incluso tiene alguna versión del «IR» de infrarrojos en su nombre: NIRSpec, NIRCam y NIRISS.

Para ver la luz de WASP-39 b, JWST rastreó el planeta mientras pasaba frente a su estrella, lo que permitió que parte de la luz de la estrella se filtrara a través de la atmósfera del planeta. Los diferentes tipos de sustancias químicas en la atmósfera absorben diferentes colores del espectro de luz de las estrellas, por lo que los colores que faltan indican a los astrónomos qué moléculas están presentes.

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Al analizar con tanta precisión la atmósfera de un exoplaneta, los instrumentos del JWST superaron con creces las expectativas de los científicos y prometen una nueva fase de exploración entre la amplia variedad de exoplanetas de la galaxia.

López-Morales dice: «Tengo muchas ganas de ver lo que encontramos en las atmósferas de los pequeños planetas terrestres».

Con información de Instituto de Astrofísica de Harvard University

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Skycr_editorhttps://hdavila.com/
Homer Dávila. Máster en geología. Miembro de la International Meteor Organization. Astronomía, radioastronomía, cosmología y ciencia planetaria.
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