Webb identifica metano en la atmósfera de un exoplaneta

El telescopio espacial James Webb observó el exoplaneta WASP-80 b mientras pasaba por delante y por detrás de su estrella anfitriona, revelando espectros indicativos de una atmósfera que contiene gas metano y vapor de agua. Si bien hasta la fecha se ha detectado vapor de agua en más de una docena de planetas, hasta hace poco, el metano, una molécula que se encuentra en abundancia en las atmósferas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno dentro de nuestro sistema solar, ha permanecido esquivo en las atmósferas de exoplanetas en tránsito. cuando se estudia con espectroscopia espacial.

Taylor Bell del Instituto de Investigación Ambiental del Área de la Bahía (BAERI), que trabaja en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California, y Luis Welbanks de la Universidad Estatal de Arizona nos cuentan más sobre la importancia del descubrimiento de metano en las atmósferas de exoplanetas y discuten cómo las observaciones de Webb facilitaron la identificación de esta molécula tan buscada. Estos hallazgos fueron publicados recientemente en Nature.

«Con una temperatura de unos 825 Kelvin (unos 551.85 grados Celsius), WASP-80 b es lo que los científicos llaman un ‘Júpiter cálido’, que son planetas similares en tamaño y masa al planeta Júpiter de nuestro sistema solar pero que tienen una temperatura que está entre la de los Júpiter calientes, como el HD 209458 b de 1.450 K (1176.85°C) (el primer exoplaneta en tránsito descubierto), y los Júpiter fríos, como el nuestro, que tiene unos 125 K (-148.15°C)».

«WASP-80 b gira alrededor de su estrella enana roja una vez cada tres días y se encuentra a 163 años luz de nosotros, en la constelación de Aquila. Como el planeta está tan cerca de su estrella y ambas tan lejos de nosotros, podemos «No podemos ver el planeta directamente ni siquiera con los telescopios más avanzados como Webb. En cambio, los investigadores estudian la luz combinada de la estrella y el planeta utilizando el método de tránsito (que se ha utilizado para descubrir la mayoría de los exoplanetas conocidos) y el método del eclipse».

«Usando el método de tránsito, observamos el sistema cuando el planeta se movía frente a su estrella desde nuestra perspectiva, lo que provocó que la luz de la estrella que vimos se atenuara un poco. Es como cuando alguien pasa frente a una lámpara y la luz se atenúa. «.

«Durante este tiempo, la estrella ilumina un delgado anillo de la atmósfera del planeta alrededor del límite día/noche del planeta, y en ciertos colores de luz donde las moléculas en la atmósfera del planeta absorben la luz, la atmósfera parece más espesa y bloquea más luz estelar, provocando 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 siendo bloqueados».

«Mientras tanto, utilizando el método del eclipse, observamos el sistema cuando el planeta pasó detrás de su estrella desde nuestra perspectiva, provocando otra pequeña caída en la luz total que recibimos. Todos los objetos emiten algo de luz, llamada radiación térmica, con la intensidad y el color de La luz emitida depende de qué tan caliente esté el objeto».

«Justo antes y después del eclipse, la cara diurna caliente del planeta apunta hacia nosotros, y midiendo la caída de la luz durante el eclipse, pudimos medir la luz infrarroja emitida por el planeta. Para los espectros de eclipse, la absorción por las moléculas en el «La atmósfera del planeta normalmente aparece como una reducción en la luz emitida por el planeta en longitudes de onda específicas. Además, dado que el planeta es mucho más pequeño y más frío que su estrella anfitriona, la profundidad de un eclipse es mucho menor que la profundidad de un tránsito».

«Las observaciones iniciales que hicimos debían transformarse en algo que llamamos espectro; esto es esencialmente una medida que muestra cuánta luz es bloqueada o emitida por la atmósfera del planeta en diferentes colores (o longitudes de onda) de luz. Existen muchas herramientas diferentes para transformar observaciones sin procesar en espectros útiles, por lo que utilizamos dos enfoques diferentes para asegurarnos de que nuestros hallazgos fueran sólidos ante diferentes suposiciones».

«A continuación, interpretamos este espectro utilizando dos tipos de modelos para simular cómo se vería la atmósfera de un planeta en condiciones tan extremas. El primer tipo de modelo es completamente flexible y prueba millones de combinaciones de abundancias y temperaturas de metano y agua para encontrar «La combinación que mejor coincide con nuestros datos. El segundo tipo, llamado ‘modelos autoconsistentes’, también explora millones de combinaciones, pero utiliza nuestro conocimiento existente de física y química para determinar los niveles de metano y agua que podrían esperarse».

«Ambos tipos de modelos llegaron a la misma conclusión: una detección definitiva de metano».

«Para validar nuestros hallazgos, utilizamos métodos estadísticos sólidos para evaluar la probabilidad de que nuestra detección sea ruido aleatorio. En nuestro campo, consideramos que el ‘estándar de oro’ es algo llamado ‘detección 5-sigma’, es decir, las probabilidades de detección Las probabilidades de una detección espuria en cada observación son de 1 en 942 millones, superando el 5 sigma. ‘estándar de oro’ y refuerza nuestra confianza en ambas detecciones».

«Con una detección tan segura, no sólo encontramos una molécula muy esquiva, sino que ahora podemos comenzar a explorar lo que esta composición química nos dice sobre el nacimiento, el crecimiento y la evolución del planeta. Por ejemplo, midiendo la cantidad de metano y agua En el planeta, podemos inferir la proporción de átomos de carbono a átomos de oxígeno».

«Se espera que esta proporción cambie dependiendo de dónde y cuándo se forman los planetas en su sistema. Por lo tanto, examinar esta proporción de carbono a oxígeno puede ofrecer pistas sobre si el planeta se formó cerca de su estrella o más lejos antes de moverse gradualmente hacia adentro».

«Otra cosa que nos entusiasma con este descubrimiento es la oportunidad de finalmente comparar planetas fuera de nuestro sistema solar con los que están dentro de él. La NASA tiene un historial de enviar naves espaciales a los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar para medir la cantidad de metano y otros Ahora, al tener una medición del mismo gas en un exoplaneta, podemos comenzar a realizar una comparación de «manzanas con manzanas» y ver si las expectativas del sistema solar coinciden con lo que vemos fuera de él. «

«Finalmente, mientras miramos hacia futuros descubrimientos con Webb, este resultado nos muestra que estamos al borde de hallazgos más interesantes. Observaciones adicionales MIRI y NIRCam de WASP-80 b con Webb nos permitirán sondear las propiedades de la atmósfera en diferentes longitudes de onda de luz. Nuestros hallazgos nos llevan a pensar que podremos observar otras moléculas ricas en carbono, como el monóxido de carbono y el dióxido de carbono, lo que nos permitirá pintar una imagen más completa de las condiciones en la atmósfera de este planeta».

«Además, a medida que encontremos metano y otros gases en exoplanetas, continuaremos ampliando nuestro conocimiento sobre cómo funcionan la química y la física en condiciones diferentes a las que tenemos en la Tierra, y tal vez pronto, en otros planetas que nos recuerden las que tenemos. aquí en casa. Una cosa está clara: el viaje de descubrimiento con el Telescopio Espacial James Webb está lleno de sorpresas potenciales».

Con información de Nature