Un equipo de astrónomos, incluido el profesor Nicolas Cowan de McGill, ha desentrañado la enigmática atmósfera del exoplaneta HAT-P-18 b, arrojando luz sobre su intrigante mezcla de gases, nubes e incluso los efectos de la actividad de su estrella.
Los exoplanetas, planetas ubicados más allá de nuestro sistema solar, cautivan tanto a los científicos como al público, y encierran la promesa de revelar diversos sistemas planetarios y mundos potencialmente habitables. A pesar de no parecerse mucho a nuestra Tierra, los grandes planetas gigantes gaseosos que se encuentran muy cerca de sus estrellas han demostrado ser objetivos de prueba ideales para telescopios como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para perfeccionar los métodos de los astrónomos para comprender los exoplanetas.
Uno de esos planetas es HAT-P-18 b, un planeta tipo «Saturno caliente» ubicado a más de 500 años luz de distancia con una masa similar a la de Saturno pero un tamaño más cercano al del Júpiter más grande. Esto le da al exoplaneta una atmósfera hinchada que es especialmente ideal para el análisis.
Dirigido por investigadores del Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas de la Universidad McGill y la Universidad de Montreal (UdeM), un equipo de astrónomos aprovechó el poder del revolucionario Telescopio Webb para estudiar HAT-P-18 b. Sus hallazgos, detallados en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), proporcionan un retrato completo de la atmósfera caliente de Saturno al tiempo que profundizan en las complejidades de distinguir las señales atmosféricas de la actividad estelar.
«El Telescopio Espacial James Webb proporciona observaciones de exoplanetas tan precisas que estamos limitados por nuestra comprensión de sus estrellas anfitrionas. Afortunadamente, esos mismos datos, especialmente con el instrumento NIRISS fabricado en Canadá, nos permiten medir lo que hace la estrella durante nuestras observaciones y corregirlas, para que podamos descubrir exactamente qué hay en las atmósferas de estos planetas», dijo Nicolas Cowan, profesor del Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de la Universidad McGill.
Pasando sobre una estrella manchada
Las observaciones desde el Telescopio Webb se realizaron mientras el exoplaneta HAT-P-18 b pasaba frente a su estrella similar al Sol. Este momento se llama tránsito y es crucial para detectar y caracterizar mejor un exoplaneta a cientos de años luz de distancia con una precisión sorprendente. Los astrónomos no observan la luz emitida directamente por el planeta distante. Más bien, están estudiando cómo la luz de la estrella central es bloqueada y afectada por el planeta que la orbita.
Por lo tanto, los cazadores de exoplanetas deben afrontar el desafío de desvincular las señales causadas por la presencia del planeta y las causadas por las propias propiedades de la estrella. Al igual que nuestro sol, las estrellas no tienen superficies uniformes.
Pueden tener manchas estelares oscuras y regiones brillantes, creando señales que imitan los atributos atmosféricos de un planeta. Un estudio reciente del exoplaneta TRAPPIST-1 b y su estrella TRAPPIST-1 dirigido por UdeM Ph.D. La estudiante Olivia Lim fue testigo de una erupción o llamarada en la superficie de la estrella, lo que afectó sus observaciones.
En el caso del planeta HAT-P-18 b, Webb captó el exoplaneta justo cuando pasaba sobre una mancha oscura en su estrella, HAT-P-18. A esto se le llama evento de cruce de puntos y su efecto fue evidente en los datos recopilados para el estudio. El equipo también informó de la presencia de muchas otras manchas estelares en la superficie de HAT-P-18 b, que no fueron bloqueadas por el exoplaneta.
Para determinar con precisión la composición atmosférica del exoplaneta, los investigadores determinaron que era necesario modelar simultáneamente la atmósfera planetaria y las peculiaridades de la estrella. Afirman que dicha consideración será crucial en el tratamiento de futuras observaciones de exoplanetas realizadas por el JWST para aprovechar al máximo su potencial.
H2O, CO2, y nubes en una atmósfera abrasadora
Tras su cuidadoso modelado tanto del exoplaneta como de la estrella en el sistema HAT-P-18, el equipo de astrónomos realizó una disección meticulosa de la composición atmosférica de HAT-P-18 b.
Al inspeccionar la luz que se filtra a través de la atmósfera del exoplaneta cuando transita por su estrella anfitriona, los investigadores discernieron la presencia de vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Los investigadores también detectaron la posible presencia de sodio.
Para añadir intriga a los hallazgos, el equipo observó fuertes signos de una capa de nubes en la atmósfera de HAT-P-18 b, que parece estar silenciando las señales de muchas de sus moléculas. También concluyeron que la superficie de la estrella estaba cubierta por muchas manchas oscuras que pueden influir significativamente en la interpretación de los datos.
Un análisis anterior de los mismos datos del JWST dirigido por un equipo de la Universidad Johns Hopkins también reveló una clara detección de agua y CO2, pero también informó la detección de pequeñas partículas a gran altura llamadas neblina y encontró indicios de metano (CH4).
El trabajo de los astrónomos de la Universidad de Montreal, que por primera vez consideraron las características de la superficie de las estrellas con la atmósfera del planeta, reveló una imagen diferente. La detección de CH4 no fue confirmada y la abundancia de agua que determinaron fue diez veces menor que la encontrada anteriormente.
También descubrieron que la detección de neblina en el estudio anterior podría ser causada por manchas de estrellas en la superficie de la estrella, destacando la importancia de considerar la estrella en el análisis.
Si bien moléculas como el agua, el dióxido de carbono y el metano pueden interpretarse como biofirmas o signos de vida, en determinadas proporciones o en combinación con otras moléculas, las abrasadoras temperaturas cercanas a 600 grados Celsius del HAT-P-18 b no auguran nada bueno para la habitabilidad del planeta.
Los datos utilizados del JWST en este estudio fueron recopilados por el instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) de fabricación canadiense, que ha proporcionado a los astrónomos la capacidad incomparable de diferenciar muchas de las características atmosféricas de HAT-P-18 b de una otro.
Los resultados muestran que las observaciones realizadas desde el visible lejano al infrarrojo cercano dentro del rango de longitud de onda del instrumento NIRISS son esenciales para desenredar las señales de la atmósfera planetaria y la estrella. Las observaciones futuras de otro instrumento del JWST, el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec), ayudarían a refinar los resultados del equipo, como la detección de CO2, y arrojarían aún más luz sobre las complejidades de este exoplaneta caliente de Saturno.
Con información de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
 y dióxido de carbono (CO2).){kind=link}