TRAPPIST-1c no es análogo verdadero de Venus

TRAPPIST-1c no es análogo verdadero de Venus

Un equipo internacional de investigadores ha utilizado el telescopio espacial James Webb de la NASA para calcular la cantidad de energía térmica procedente del exoplaneta rocoso TRAPPIST-1c. El resultado sugiere que la atmósfera del exoplaneta, si es que existe, es extremadamente delgada.

Con una temperatura diurna de aproximadamente 107 grados celsius, TRAPPIST-1c es ahora el exoplaneta rocoso más frío jamás caracterizado en función de la emisión térmica.

La precisión necesaria para estas mediciones demuestra aún más la utilidad del telescopio James Webb en la caracterización de exoplanetas rocosos similares en tamaño y temperatura a los de nuestro propio sistema solar.

El resultado marca otro paso para determinar si los planetas que orbitan pequeñas enanas rojas como TRAPPIST-1, el tipo de estrella más común en la galaxia, pueden sostener las atmósferas necesarias para sustentar la vida tal como la conocemos.

Queremos saber si los planetas rocosos tienen atmósferas o no”, dijo Sebastian Zieba, estudiante graduado en el Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania y primer autor de los resultados publicados el 19 de junio en Nature.

“En el pasado, solo podíamos estudiar planetas con atmósferas densas y ricas en hidrógeno. Con Webb finalmente podemos comenzar a buscar atmósferas dominadas por oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono”.

TRAPPIST-1c, orbitando una enana M

«TRAPPIST-1c es interesante porque a primera vista es un análogo de Venus: tiene aproximadamente el mismo tamaño que Venus y recibe una cantidad de radiación de su estrella anfitriona similar a la que Venus recibe del Sol», explicó la coautora Laura Kreidberg, también de Max Planck. «Pensamos que podría tener una atmósfera espesa de dióxido de carbono como Venus».

TRAPPIST-1c es uno de los siete planetas rocosos que orbitan una estrella enana roja ultrafría, o enana M, a 40 años luz de la Tierra. Aunque los planetas son similares en tamaño y masa a los planetas rocosos interiores de nuestro propio sistema solar, no está claro si de hecho tienen atmósferas similares.

Comparación de zona habitable en estrellas G, K y M.
Comparación de zona habitable en estrellas G, K y M.

Durante los primeros mil millones de años de sus vidas, las enanas M emiten rayos X brillantes y radiación ultravioleta que fácilmente pueden eliminar una atmósfera planetaria joven. Además, pudo no haber suficiente agua, dióxido de carbono y otros volátiles disponibles en el momento en que se formaron los planetas para crear atmósferas sustanciales.

Un eclipse secundario

Para abordar estas preguntas, el equipo usó el MIRI (Instrumento de infrarrojo medio de Webb) para observar el sistema TRAPPIST-1 en cuatro ocasiones distintas a medida que el planeta se movía detrás de la estrella, un fenómeno conocido como eclipse secundario.

Esta curva de luz muestra el cambio en el brillo del sistema TRAPPIST-1 a medida que el segundo planeta, TRAPPIST-1 c, se mueve detrás de la estrella. Este fenómeno se conoce como eclipse secundario. Los astrónomos utilizaron el instrumento de infrarrojo medio de Webb (MIRI) para medir el brillo de la luz del infrarrojo medio.
Esta curva de luz muestra el cambio en el brillo del sistema TRAPPIST-1 a medida que el segundo planeta, TRAPPIST-1 c, se mueve detrás de la estrella. Este fenómeno se conoce como eclipse secundario. Los astrónomos utilizaron el instrumento de infrarrojo medio de Webb (MIRI) para medir el brillo de la luz del infrarrojo medio.

El equipo comparó el brillo cuando el planeta está detrás de la estrella (solo la luz de la estrella), con el brillo cuando el planeta está al lado de la estrella (luz de la estrella y el planeta combinados). Esto permitió calcular la cantidad de luz infrarroja media emitida por el lado diurno del planeta en una longitud de onda de 15 micras.

Este método es el mismo que empleó otro equipo de investigación para determinar que TRAPPIST-1b, el planeta más interno del sistema, probablemente no tenga atmósfera.

Longitud de onda de 15 micras

La cantidad de luz infrarroja media emitida por un planeta está directamente relacionada con su temperatura, que a su vez está influenciada por la atmósfera.

El gas de dióxido de carbono absorbe preferentemente luz en la longitud de onda de 15 micras, lo que hace que el planeta parezca más tenue en esa longitud de onda. Sin embargo, las nubes pueden reflejar la luz, haciendo que el planeta parezca más brillante y enmascarando la presencia de dióxido de carbono.

Además, una atmósfera sustancial de cualquier composición redistribuirá el calor del lado diurno hacia el lado nocturno, lo que hará que la temperatura del lado diurno sea más baja de lo que sería sin una atmósfera.

Debido a que TRAPPIST-1c orbita tan cerca de su estrella, aproximadamente 1/50 de la distancia entre Venus y el Sol, se cree que está bloqueada por mareas, con un lado de luz perpetua y otro de oscuridad perpetua.

Una atmosfera muy delgada

Aunque estas mediciones iniciales no brindan información definitiva sobre la naturaleza de TRAPPIST-1c, sí ayudan a reducir las posibilidades. “Nuestros resultados son consistentes con la idea de que el planeta es una roca desnuda sin atmósfera, o que tiene una atmósfera de CO2 realmente delgada y sin nubes (más delgada que la de la Tierra o incluso Marte)”, dijo Zieba.

Este gráfico compara el brillo medido de TRAPPIST-1 c con datos de brillo simulado para tres escenarios diferentes. La medida (diamante rojo) es consistente con una superficie rocosa desnuda sin atmósfera (línea verde) o una atmósfera muy delgada de dióxido de carbono sin nubes (línea azul).
Este gráfico compara el brillo medido de TRAPPIST-1 c con datos de brillo simulado para tres escenarios diferentes. La medida (diamante rojo) es consistente con una superficie rocosa desnuda sin atmósfera (línea verde) o una atmósfera muy delgada de dióxido de carbono sin nubes (línea azul).

Si el planeta tuviera una atmósfera espesa de CO2, habríamos observado un eclipse secundario muy tenue, o ninguno en absoluto. Esto se debe a que el CO2 absorbe la luz en la longitud de onda de 15 micras, por lo que no detectaríamos ninguna luz proveniente del planeta”.

Los datos también muestran que es poco probable que el planeta sea un verdadero análogo de Venus, con una atmósfera espesa de CO2 y nubes de ácido sulfúrico.

La ausencia de una atmósfera espesa sugiere que el planeta se pudo haber formado con relativamente poca agua. Si los planetas TRAPPIST-1 más fríos y templados se formaron en condiciones similares, es posible que también se hayan formado con poca agua y otros componentes necesarios para que un planeta sea habitable.

Webb, Una sensibilidad extraordinaria

La sensibilidad requerida para distinguir entre varios escenarios atmosféricos en un planeta tan pequeño y tan lejano es verdaderamente notable.

La disminución en el brillo que Webb detectó durante el eclipse secundario fue de solo un 0,04 %, lo que equivale a mirar una pantalla de 10.000 bombillas diminutas y notar que solo cuatro se han apagado.

Es extraordinario que podamos medir esto”, dijo Kreidberg. “Ha habido preguntas durante décadas sobre si los planetas rocosos pueden mantener atmósferas.

La gran sensibilidad del telescopio James Webb nos lleva a un escenario en el que podemos comenzar a comparar los sistemas exoplanetarios con nuestro Sistema Solar de una manera que nunca antes habíamos hecho”.

Esta investigación se realizó como parte del programa 2304 de Webb’s General Observers (GO), que es uno de los ocho programas del primer año de ciencia del Webb diseñado para ayudar a caracterizar completamente el sistema TRAPPIST-1.

El próximo año, los investigadores harán una investigación de seguimiento para observar las órbitas completas de TRAPPIST-1b y TRAPPIST-1c.

Esto permitirá ver cómo cambian las temperaturas del lado diurno al lado nocturno de los dos planetas y proporcionará más información sobre si tienen atmósferas o no.

Fuente: Webb Rules Out Thick Carbon Dioxide Atmosphere for Rocky Exoplanet

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