Webb encuentra el planeta más frío que ha sido descubierto orbitando una enana blanca

En 2020, astrónomos detectaron WD 1856+534 b, un gigante gaseoso que orbita una estrella a 81 años luz de la Tierra. Este exoplaneta, con una masa aproximadamente seis veces mayor que la de Júpiter (lo que lo convierte en un «superjúpiter»), fue el primer planeta en tránsito conocido que orbitó una estrella enana blanca (WD). En un artículo reciente, un equipo internacional de astrónomos describe sus observaciones de este exoplaneta utilizando el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) a bordo del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Su observación confirmó que WD 1856+534 b es el exoplaneta más frío jamás observado.

La investigación fue dirigida por Mary Anne Limbach, investigadora adjunta del Departamento de Astronomía de la Universidad de Michigan, Ann Arbor. A ella se unieron investigadores del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT, el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (JHUAPL), la Universidad de Victoria, la Universidad de Texas en Austin, el Centro de Investigación y Exploración Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA), el Centro de Astrofísica de la Universidad del Sur de Queensland, y el Laboratorio Nacional de Investigación y Exploración (NOIRLab) de la NSF y el Observatorio Gemini.

Sus observaciones formaron parte del programa de Observación General (GO) Ciclo 3 del JWST, cuyo objetivo era utilizar la sofisticada óptica infrarroja y los espectrómetros del Webb para caracterizar el planeta directamente. Esto concuerda con uno de los objetivos de la misión del JWST: la caracterización de exoplanetas mediante el Método de Imagen Directa. Este método consiste en observar la luz reflejada por la superficie o la atmósfera de un exoplaneta y examinarla con espectrómetros para buscar firmas químicas. Esto puede permitir a los astrónomos determinar la presencia de posibles biofirmas (oxígeno, nitrógeno, metano, agua, etc.) e inferir detalles sobre la formación y composición del planeta. Utilizando telescopios avanzados de nueva generación como el JWST, este método podría conducir a la primera evidencia concluyente de vida fuera del sistema solar.

Los espectros de emisión de estos planetas también pueden revelar detalles sobre su composición e historia migratoria. Sin embargo, como señalan los autores en su estudio publicado en el servidor de preimpresiones arXiv, detectar la luz directamente de un exoplaneta sigue siendo un desafío debido a la luz extremadamente oscura de sus estrellas anfitrionas.

Como resultado, la obtención de imágenes directas se ha limitado en gran medida a planetas masivos (por ejemplo, gigantes gaseosos) con órbitas amplias o temperaturas atmosféricas extremadamente altas. Mientras tanto, no se han observado exoplanetas terrestres (o rocosos) orbitando más cerca de sus estrellas. Además, tampoco se han observado exoplanetas con espectros de emisión inferiores a 275 K (1,85 °C; 35,33 °F), comparables a los de la Tierra. Las estrellas enanas blancas representan una oportunidad única para detectar y caracterizar planetas más fríos. Como señaló el equipo:

«La baja luminosidad de las estrellas enanas blancas reduce significativamente los problemas de contraste que suelen dificultar la detección directa alrededor de sus contrapartes de la secuencia principal. Al ser remanentes evolutivos de estrellas como el Sol, las estrellas enanas blancas ofrecen información sobre el destino de los sistemas planetarios tras la muerte estelar. Comprender cómo interactúan los planetas con la evolución posterior a la secuencia principal y cómo sobreviven proporciona información crucial sobre la estabilidad orbital, la migración dinámica y la posible inmersión planetaria».

Además, la investigación de los sistemas planetarios enanas blancas puede arrojar luz sobre si los planetas pueden sobrevivir a esta etapa tardía de la evolución estelar y proporcionar información sobre si aún pueden existir condiciones habitables alrededor de los remanentes estelares. Astrónomos y astrobiólogos esperan investigar estos misterios utilizando las capacidades del telescopio Webb. Para su estudio, Limbach y sus colegas confirmaron la presencia de WD 1856+534 b mediante el método de exceso de infrarrojo (IR) con datos del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del JWST.

Esto les permitió delimitar la masa de WD 1856+534 b y medir su temperatura atmosférica. Su análisis reveló una temperatura promedio de 186 K (-87 °C), lo que convierte a WD 1856+534 b en el exoplaneta más frío jamás detectado. Confirmaron además que el exoplaneta tiene una masa no mayor que seis veces la de Júpiter, mientras que observaciones previas arrojaron una estimación de 13,8 masas de Júpiter. Sus resultados también constituyen la primera confirmación directa de que los planetas pueden sobrevivir y migrar a órbitas cercanas a las zonas habitables de los WD.

El equipo espera con interés nuevas observaciones de WD 1856 b por parte del JWST, programadas para 2025. Se espera que estas observaciones identifiquen planetas adicionales, lo que podría revelar si WD 1856 b fue perturbado hasta su órbita actual. Además, próximamente se publicarán los resultados de las observaciones previas realizadas por el Espectrómetro de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) del Webb en el Ciclo 1. Estos proporcionarán una caracterización inicial de la atmósfera del planeta.

Con información de arXiv