Utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST), un equipo de astrónomos dirigido por el MPIA tomó imágenes de un nuevo exoplaneta que orbita una estrella en el cercano sistema triple Epsilon Indi. El planeta es un frío superJúpiter con una temperatura de unos 0 grados centígrados y una amplia órbita comparable a la de Neptuno alrededor del Sol.
Esta medición sólo fue posible gracias a las capacidades de obtención de imágenes sin precedentes del JWST en el infrarrojo térmico. Ejemplifica el potencial de encontrar muchos más planetas similares a Júpiter en masa, temperatura y órbita. Su estudio mejorará nuestro conocimiento sobre cómo se forman y evolucionan con el tiempo los gigantes gaseosos.
«Nos emocionamos cuando nos dimos cuenta de que habíamos fotografiado este nuevo planeta», dijo Elisabeth Matthews, investigadora del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania. Es la autora principal del artículo de investigación subyacente publicado en la revista Nature.
«Para nuestra sorpresa, el punto brillante que apareció en nuestras imágenes MIRI no coincidía con la posición que esperábamos para el planeta», señala Matthews. «Estudios anteriores habían identificado correctamente un planeta en este sistema, pero subestimaron la masa y la separación orbital de este gigante gaseoso súper Júpiter». Con la ayuda de JWST, el equipo pudo dejar las cosas claras.
Esta detección es bastante inusual en varios aspectos. Muestra el primer exoplaneta fotografiado con JWST que aún no había sido fotografiado desde la Tierra y que es mucho más frío que los planetas gaseosos que JWST ha estudiado hasta ahora. Una «imagen» significa que el planeta aparece como un punto brillante en las imágenes y, por tanto, representa una evidencia directa. Los métodos de tránsito y velocidad radial son evidencia indirecta, ya que el planeta sólo se revela a través de su efecto mediado.
Las observaciones del JWST actualizan mediciones anteriores
El planeta gira alrededor del componente principal del cercano sistema estelar triple, Epsilon Indi, o Eps Ind para abreviar. Las convenciones de etiquetado astronómico asignan la etiqueta Eps Ind A a esa estrella primaria, una estrella enana roja un poco más pequeña y más fría que el sol. Para construir el nombre del planeta, se añade una «b», lo que da como resultado la designación Eps Ind Ab.
Los nuevos datos del JWST son consistentes con un superJúpiter que tendría una masa seis veces mayor que la de Júpiter en el sistema solar. Eps Ind Ab orbita su estrella anfitriona en una órbita elíptica y excéntrica cuya separación más lejana de Eps Ind A debería oscilar entre 20 y 40 unidades astronómicas.
Una unidad astronómica es la distancia media entre la Tierra y el Sol, aproximadamente 150 millones de kilómetros. Los nuevos valores difieren considerablemente de estudios anteriores, por lo que el equipo decidió llamarlo un «nuevo» planeta.
Planetas fríos, ciencia candente
Hasta la fecha, sólo se conocen unos pocos planetas fríos gigantes gaseosos que orbitan alrededor de estrellas de la era solar, y todos ellos se han inferido indirectamente a partir de mediciones de velocidad radial. Al obtener imágenes y tomar espectros de los planetas, los astrónomos pueden estudiar sus atmósferas y rastrear la evolución de los sistemas planetarios en comparación con modelos computacionales.
Estudiar planetas en sistemas planetarios completamente asentados ayuda a atar cabos sueltos relacionados con las últimas etapas de la evolución planetaria y refinar nuestra comprensión general de la formación y evolución de los planetas.
Las observaciones recientes abren el camino para encontrar muchos más de estos planetas gigantes gaseosos fríos. Esto permitirá a los astrónomos estudiar una nueva clase de exoplanetas y compararlos con los gigantes gaseosos del sistema solar.
Cómo detectar planetas gaseosos fríos
Sin embargo, estos planetas son difíciles de encontrar utilizando los métodos de detección clásicos. Los planetas alejados de sus estrellas anfitrionas suelen ser muy fríos, a diferencia de los Júpiter calientes que orbitan sus estrellas a separaciones de sólo unos pocos radios estelares. Es muy poco probable que las órbitas amplias estén alineadas a lo largo de la línea de visión para producir una señal de tránsito. Además, medir sus señales con el método de la velocidad radial es un desafío cuando solo se puede monitorear una pequeña sección de la órbita.
Estudios anteriores intentaron investigar un planeta gigante que orbita Eps Ind A utilizando mediciones de velocidad radial. Sin embargo, la extrapolación de una pequeña parte de la órbita llevó a conclusiones incorrectas sobre las propiedades del planeta. Después de todo, Eps Ind Ab necesita alrededor de 200 años para orbitar su estrella. Las observaciones realizadas durante algunos años son insuficientes para determinar la órbita con alta precisión.
Por lo tanto, el equipo que rodea a Matthews ideó un enfoque diferente. Querían tomar una fotografía del planeta conocido utilizando un método comúnmente conocido como imagen directa. Dado que las estrellas anfitrionas de exoplanetas son tan brillantes, eclipsan a cualquier otro objeto cercano. Las cámaras normales se verían abrumadas por la cegadora luz de las estrellas.
Por esta razón, el equipo empleó la cámara MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) de JWST equipada con un coronógrafo. Esta máscara que bloquea la luz cubre la estrella como un eclipse artificial. Otra ventaja es la proximidad de Eps Ind a la Tierra, que está a sólo 12 años luz. Cuanto menor es la distancia a la estrella, mayor aparece la separación entre dos objetos en una imagen, lo que proporciona más posibilidades de mitigar la interferencia de la estrella anfitriona. MIRI fue la elección perfecta porque observa en el infrarrojo térmico o medio, donde los objetos fríos brillan intensamente.
¿Qué sabemos sobre Eps Ind Ab?
«Descubrimos en nuestros datos una señal que no coincidía con la del exoplaneta esperado», dice Matthews. El punto de luz en la imagen no estaba en la ubicación prevista. «Pero el planeta todavía parecía un planeta gigante», añade Matthews. Sin embargo, antes de poder hacer tal evaluación, los astrónomos tuvieron que excluir que la señal procediera de una fuente de fondo no relacionada con Eps Ind A.
«Siempre es difícil estar seguro, pero a partir de los datos parecía bastante improbable que la señal procediera de una fuente extragaláctica», explica Leindert Boogaard, otro científico del MPIA y coautor del artículo de investigación.
De hecho, mientras buscaba en bases de datos astronómicas otras observaciones de Eps Ind, el equipo encontró datos de imágenes de 2019 obtenidos con la cámara infrarroja VISIR conectada al Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO). Después de volver a analizar las imágenes, el equipo encontró un objeto débil precisamente en la posición donde debería estar si la fuente fotografiada con JWST perteneciera a la estrella Eps Ind A.
Los científicos también intentaron comprender la atmósfera del exoplaneta basándose en las imágenes disponibles del planeta en tres colores: dos de JWST/MIRI y una de VLT/VISIR. Eps Ind Ab es más débil de lo esperado en longitudes de onda cortas. Esto podría indicar cantidades sustanciales de elementos pesados, particularmente carbono, que forma moléculas como metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono, que se encuentran comúnmente en los planetas gigantes gaseosos. Alternativamente, podría indicar que el planeta tiene una atmósfera nublada. Sin embargo, se necesita más trabajo para llegar a una conclusión final.
Planes y perspectivas
Este trabajo es sólo un primer paso hacia la caracterización de Eps Ind Ab. «Nuestro próximo objetivo es obtener espectros que nos proporcionen una huella digital detallada de la climatología y la composición química del planeta», dice Thomas Henning, director emérito del MPIA, co-PI del instrumento MIRI y coautor del artículo subyacente.
«A largo plazo, esperamos observar también otros sistemas planetarios cercanos para buscar gigantes gaseosos fríos que puedan haber escapado a la detección», dice Matthews. «Un estudio de este tipo serviría como base para una mejor comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas gaseosos».
Con información de Nature
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