El Telescopio Espacial James Webb de la NASA ha capturado la primera evidencia clara de dióxido de carbono en la atmósfera de un planeta fuera del sistema solar. Esta observación de un planeta gigante gaseoso que orbita una estrella similar al Sol a 700 años luz de distancia proporciona información importante sobre la composición y formación del planeta.
El hallazgo, que es aceptado para su publicación en Nature, ofrece evidencia de que en el futuro Webb puede ser capaz de detectar y medir el dióxido de carbono en las atmósferas más delgadas de planetas rocosos más pequeños.
WASP-39 b es un gigante gaseoso caliente con una masa aproximadamente una cuarta parte de la de Júpiter (aproximadamente la misma que Saturno) y un diámetro 1,3 veces mayor que el de Júpiter. Su hinchazón extrema está relacionada en parte con su alta temperatura (alrededor de 1.600 grados Fahrenheit, o 900 grados Celsius). A diferencia de los gigantes gaseosos más fríos y compactos de nuestro sistema solar, WASP-39 b orbita muy cerca de su estrella, solo alrededor de una octava parte de la distancia entre el Sol y Mercurio, completando un circuito en poco más de cuatro días terrestres. El descubrimiento del planeta, reportado en 2011, se realizó en base a detecciones terrestres de la atenuación sutil y periódica de la luz de su estrella anfitriona a medida que el planeta transita o pasa por delante de la estrella.
Observaciones anteriores de otros telescopios, incluidos los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA, revelaron la presencia de vapor de agua, sodio y potasio en la atmósfera del planeta. La incomparable sensibilidad infrarroja de Webb ahora ha confirmado la presencia de dióxido de carbono en este planeta también.
Luz estelar filtrada
Los planetas en tránsito como WASP-39 b, cuyas órbitas observamos de borde en lugar de desde arriba, pueden proporcionar a los investigadores oportunidades ideales para sondear atmósferas planetarias.
Durante un tránsito, parte de la luz de las estrellas es eclipsada por el planeta por completo (causando el oscurecimiento general) y parte se transmite a través de la atmósfera del planeta.
Debido a que diferentes gases absorben diferentes combinaciones de colores, los investigadores pueden analizar pequeñas diferencias en el brillo de la luz transmitida a través de un espectro de longitudes de onda para determinar exactamente de qué está hecha una atmósfera. Con su combinación de atmósfera inflada y tránsitos frecuentes, WASP-39 b es un objetivo ideal para la espectroscopia de transmisión.
Primera detección clara de dióxido de carbono
El equipo de investigación utilizó el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec) para sus observaciones de WASP-39 b. En el espectro resultante de la atmósfera del exoplaneta, una pequeña colina entre 4,1 y 4,6 micras presenta la primera evidencia clara y detallada de dióxido de carbono jamás detectada en un planeta fuera del sistema solar.
«Tan pronto como los datos aparecieron en mi pantalla, la enorme función de dióxido de carbono me atrapó», dijo Zafar Rustamkulov, estudiante graduado de la Universidad Johns Hopkins y miembro del equipo de Ciencia de Liberación Temprana de la Comunidad de Exoplanetas en Tránsito de JWST, que llevó a cabo esta investigación. «Fue un momento especial, cruzando un umbral importante en las ciencias de los exoplanetas».
Ningún observatorio ha medido diferencias tan sutiles en el brillo de tantos colores individuales en el rango de 3 a 5.5 micras en un espectro de transmisión de exoplanetas antes. El acceso a esta parte del espectro es crucial para medir la abundancia de gases como el agua y el metano, así como el dióxido de carbono, que se cree que existen en muchos tipos diferentes de exoplanetas.
«Detectar una señal tan clara de dióxido de carbono en WASP-39 b es un buen augurio para la detección de atmósferas en planetas más pequeños y de tamaño terrestre», dijo Natalie Batalha, de la Universidad de California en Santa Cruz, quien dirige el equipo.
Comprender la composición de la atmósfera de un planeta es importante porque nos dice algo sobre el origen del planeta y cómo evolucionó. «Las moléculas de dióxido de carbono son trazadores sensibles de la historia de la formación de planetas», dijo Mike Line de la Universidad Estatal de Arizona, otro miembro de este equipo de investigación. «Al medir esta característica de dióxido de carbono, podemos determinar cuánto sólido versus cuánto material gaseoso se utilizó para formar este planeta gigante gaseoso. En la próxima década, JWST hará esta medición para una variedad de planetas, proporcionando información sobre los detalles de cómo se forman los planetas y la singularidad de nuestro propio sistema solar».
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