Representación artística del cálido exoplaneta WASP-80 b, cuyo color puede parecer azulado al ojo humano debido a la falta de nubes a gran altitud y la presencia de metano atmosférico (identificado por el Telescopio Espacial James Webb), similar a los planetas Urano y Neptuno en nuestro propio sistema solar.

Webb detecta metano en la atmósfera de un exoplaneta

El telescopio espacial James Webb de la NASA ha observado el exoplaneta WASP-80 b mientras pasaba por delante y por detrás de su estrella anfitriona, revelando espectros indicativos de una atmósfera que contiene gas metano y vapor de agua.

Si bien hasta la fecha se ha detectado vapor de agua en más de una docena de planetas, el metano ha sido bastante más difícil de detectar hasta hace poco.

Taylor Bell, del Instituto de Investigación Ambiental del Área de la Bahía (BAERI) y Luis Welbanks de la Universidad Estatal de Arizona, nos cuentan más sobre la importancia del descubrimiento de metano en las atmósferas de exoplanetas, y discuten cómo las observaciones del Webb han facilitado la identificación de esta molécula tan esquiva:

Un Júpiter cálido

Con una temperatura de unos 552 grados celsius, WASP-80 b es lo que los científicos llaman un “Júpiter cálido”. Estos son planetas similares en tamaño y masa a Júpiter, pero con una temperatura que está entre la de los Júpiteres calientes, como el HD 209458 b de 1.177 grados celsius y los Júpiteres fríos, como el nuestro, que tiene aproximadamente -148 grados celsius.

WASP-80 b gira alrededor de su estrella, una enana roja, cada tres días y se encuentra a 163 años luz de nosotros, en la constelación del Águila. Debido a que el planeta orbita muy cerca de su estrella y ambos, planeta y estrella, están muy lejos de nosotros, no podemos verlo directamente, ni siquiera con los telescopios más avanzados, como el Webb.

En cambio, los investigadores estudian la luz combinada de la estrella y el planeta utilizando el método de tránsito, que se ha utilizado para descubrir la mayoría de los exoplanetas conocidos, y el método del eclipse.

El método del tránsito

Utilizando el método de tránsito, observamos el sistema cuando el planeta se mueve frente a su estrella desde nuestra perspectiva, lo que provoca que la luz de la estrella que vemos se atenúe un poco. Es como cuando alguien pasa delante de una lámpara y la luz se atenúa.

Durante este tiempo, la estrella ilumina un delgado anillo de la atmósfera del planeta alrededor del terminador (límite día/noche), y en ciertos colores del espectro, donde las moléculas de la atmósfera del planeta absorben la luz, la atmósfera parece más espesa y bloquea más luz.

Esto provoca una atenuación del brillo más profunda en comparación con otras longitudes de onda, donde la atmósfera parece transparente. Este método ayuda a los científicos a comprender de qué está hecha la atmósfera del planeta al ver qué colores de luz son bloqueados.

El método del eclipse

Mientras tanto, utilizando el método del eclipse, observamos el sistema cuando el planeta pasa detrás de su estrella desde nuestra perspectiva, provocando otra pequeña caída en la luz total que recibimos.

Todos los objetos emiten algo de luz, llamada radiación térmica, y la intensidad y el color de la luz emitida dependen de lo caliente que esté el objeto. Justo antes y después del eclipse, el lado caliente del planeta apunta hacia nosotros, y al medir la caída de la luz durante el eclipse podemos medir la luz infrarroja emitida por el planeta.

En los espectros de eclipses, la absorción de luz provocada por las moléculas de la atmósfera del planeta suele aparecer como una reducción de la luz emitida por el planeta en longitudes de onda específicas. Además, dado que el planeta es mucho más pequeño y más frío que su estrella anfitriona, la profundidad de la caída de brillo en un eclipse es mucho menor que en un tránsito.

El espectro de tránsito (arriba) y el espectro de eclipse (abajo) de WASP-80 b desde el modo de espectroscopía sin rendijas de NIRCam en el Telescopio Espacial James Webb. En ambos espectros hay evidencia clara de absorción de agua y metano, cuyas contribuciones se indican con contornos coloreados.
El espectro de tránsito (arriba) y el espectro de eclipse (abajo) de WASP-80 b desde el modo de espectroscopía sin rendijas de NIRCam en el Telescopio Espacial James Webb. En ambos espectros hay evidencia clara de absorción de agua y metano, cuyas contribuciones se indican con contornos coloreados.

La proporción entre carbono y oxígeno

Con esta detección de agua y metano, ahora podemos comenzar a explorar lo que esta composición química nos dice sobre el nacimiento, el crecimiento y la evolución del planeta.

Por ejemplo, midiendo la cantidad de metano y agua en el planeta, podemos inferir la proporción entre átomos de carbono y átomos de oxígeno. Se espera que esta proporción cambie dependiendo de dónde y cuándo se formen los planetas en su sistema.

Por lo tanto, examinar esta proporción de carbono a oxígeno puede ofrecer pistas sobre si el planeta se formó cerca de su estrella o más lejos antes de moverse gradualmente hacia adentro.

Comparando «manzanas con manzanas»

Otra cosa que nos entusiasma con este descubrimiento es la oportunidad de finalmente comparar planetas fuera de nuestro Sistema Solar con los que se encuentran en él.

La NASA tiene un historial de enviar naves espaciales a los gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar para medir la cantidad de metano y otras moléculas en sus atmósferas.

Ahora, al tener una medición del mismo gas en un exoplaneta, podemos comenzar a comparar «manzanas con manzanas» y ver si nuestras expectativas respecto al Sistema Solar coinciden con lo que vemos fuera de él.

Al borde de importantes hallazgos con Webb

Finalmente, mientras miramos hacia futuros descubrimientos con Webb, este resultado nos muestra que estamos al borde de hallazgos más interesantes. Observaciones adicionales de WASP-80 b con los instrumentos MIRI y NIRCam del Webb nos permitirán sondear las propiedades de su atmósfera en diferentes longitudes de onda.

Nuestros hallazgos nos llevan a pensar que podremos observar otras moléculas ricas en carbono, como el monóxido de carbono y el dióxido de carbono, lo que nos permitirá dibujar una imagen más completa de las condiciones de la atmósfera de este planeta.

Además, a medida que encontremos metano y otros gases en exoplanetas, continuaremos ampliando nuestro conocimiento sobre cómo funcionan la química y la física en condiciones diferentes a las que tenemos en la Tierra, y tal vez pronto, en otros planetas que nos recuerden las que tenemos aquí en la Tierra.

Una cosa está clara: el viaje de descubrimiento con el telescopio espacial James Webb está lleno de potenciales sorpresas.

Fuente: NASA’s Webb Identifies Methane In an Exoplanet’s Atmosphere – James Webb Space Telescope

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