El telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA obtuvo otra primicia: un retrato molecular y químico de los cielos de un mundo distante. Mientras que Webb y otros telescopios espaciales, incluido el de NASA/ESA telescopio espacial Hubble, han revelado previamente ingredientes aislados de la atmósfera de este planeta calentado, las nuevas lecturas proporcionan un menú completo de átomos, moléculas e incluso signos de química activa y nubes. Los últimos datos también dan pistas sobre cómo podrían verse estas nubes de cerca: divididas en lugar de como una única capa uniforme sobre el planeta.
Los instrumentos susceptibles del telescopio fueron apuntados a la atmósfera de WASP-39 b, un “Saturno caliente” (un planeta casi tan masivo como Saturno pero con una órbita más estrecha que Mercurio) que orbita alrededor de una estrella a unos 700 años luz de distancia. Este tamaño de Saturno exoplaneta fue uno de los primeros examinados por la NASA/ESA/CSA Telescopio espacial James Webb cuando comenzó las operaciones científicas regulares. Los resultados han entusiasmado a la comunidad científica de exoplanetas. Los instrumentos exquisitamente sensibles de Webb han proporcionado un perfil de los componentes atmosféricos de WASP-39 b e identificado una gran cantidad de contenidos, incluidos agua, dióxido de azufre, monóxido de carbono, sodio y potasio.
Los hallazgos son un buen augurio para la capacidad de los instrumentos de Webb para realizar la amplia gama de investigaciones de exoplanetas (planetas alrededor de otras estrellas) que espera la comunidad científica. Eso incluye sondear las atmósferas de planetas rocosos más pequeños como los del sistema TRAPPIST-1.
"Observamos el exoplaneta con varios instrumentos que juntos cubren una amplia franja del espectro infrarrojo y una panoplia de huellas químicas inaccesibles hasta el JWST". dijo Natalie Batalha, astrónoma de la Universidad de California, Santa Cruz, quien contribuyó y ayudó a coordinar la nueva investigación. "Datos como estos cambian las reglas del juego".
El conjunto de descubrimientos se detalla en un conjunto de cinco nuevos artículos científicos, tres de los cuales están en prensa y dos en revisión. Entre las revelaciones sin precedentes se encuentra la primera detección en una atmósfera de exoplaneta de dióxido de azufre, una molécula producida a partir de reacciones químicas provocadas por la luz de alta energía de la estrella madre del planeta. En la Tierra, la capa protectora de ozono en la atmósfera superior se crea de manera similar.
"Esta es la primera vez que hemos visto evidencia concreta de fotoquímica (reacciones químicas iniciadas por la luz estelar energética) en exoplanetas". dijo Shang-Min Tsai, investigador de la Universidad de Oxford en el Reino Unido y autor principal del artículo que explica el origen del dióxido de azufre en la atmósfera de WASP-39 b. “Veo esto como una perspectiva realmente prometedora para avanzar en nuestra comprensión de atmósferas de exoplanetas con [esta misión]”.
Esto llevó a otra primicia: los científicos aplicaron modelos informáticos de fotoquímica a datos que requieren que dicha física se explique completamente. Las mejoras resultantes en la modelización ayudarán a desarrollar los conocimientos tecnológicos necesarios para interpretar posibles signos de habitabilidad en el futuro.
"Los planetas se esculpen y transforman al orbitar dentro del baño de radiación de la estrella anfitriona". dijo Batalha. "En la Tierra, esas transformaciones permiten que la vida prospere".
La proximidad del planeta a su estrella anfitriona, ocho veces más cerca que Mercurio es para nuestro Dom — también lo convierte en un laboratorio para estudiar los efectos de la radiación de las estrellas anfitrionas en los exoplanetas. Un mejor conocimiento de la conexión estrella-planeta debería brindar una comprensión más profunda de cómo estos procesos afectan la diversidad de planetas observados en la galaxia.
Otros componentes atmosféricos detectados por el telescopio Webb incluyen sodio (Na), potasio (K) y vapor de agua (H2O), lo que confirma observaciones previas de telescopios espaciales y terrestres, además de encontrar huellas adicionales de agua, en estas longitudes de onda más largas. que no se ha visto antes.
Webb también vio dióxido de carbono (CO2) a mayor resolución, proporcionando el doble de datos que los informados en sus observaciones anteriores. Mientras tanto, se detectó monóxido de carbono (CO), pero en los datos de Webb no se encontraron firmas obvias de metano (CH4) ni de sulfuro de hidrógeno (H2S). Si están presentes, estas moléculas se encuentran en niveles muy bajos.
Para capturar este amplio espectro de la atmósfera de WASP-39 b, un equipo internacional de cientos de personas analizó de forma independiente datos de cuatro de los modos de instrumentos finamente calibrados del telescopio Webb.
"Habíamos predicho lo que [el telescopio] nos mostraría, pero era más preciso, más diverso y más hermoso de lo que realmente creía que sería". dijo Hannah Wakeford, astrofísica de la Universidad de Bristol en el Reino Unido que investiga las atmósferas de los exoplanetas.
Tener una lista tan completa de ingredientes químicos en la atmósfera de un exoplaneta también les da a los científicos una idea de la abundancia de diferentes elementos entre sí, como las proporciones de carbono a oxígeno o de potasio a oxígeno. Esto, a su vez, proporciona información sobre cómo este planeta (y quizás otros) se formó a partir del disco de gas y polvo que rodeaba a la estrella madre en sus años más jóvenes.
El inventario químico de WASP-39 b sugiere una historia de colisiones y fusiones de cuerpos más pequeños llamados planetesimales para crear un eventual goliat de planeta.
"La abundancia de azufre [en relación con] el hidrógeno indica que el planeta presumiblemente experimentó una acumulación significativa de planetesimales que pueden liberar [estos ingredientes] a la atmósfera", dijo Kazumasa Ohno, investigador de exoplanetas de UC Santa Cruz que trabajó con datos de Webb. “Los datos también indican que el oxígeno es mucho más abundante que el carbono en la atmósfera. Esto potencialmente indica que WASP-39 b se formó originalmente lejos de la estrella central”.
Al revelar con precisión los detalles de la atmósfera de un exoplaneta, los instrumentos del telescopio Webb funcionaron mucho más allá de las expectativas de los científicos y prometen una nueva fase de exploración de la amplia variedad de exoplanetas en el planeta. galaxia.
"Vamos a poder ver el panorama general de las atmósferas de los exoplanetas". dijo Laura Flagg, investigadora de la Universidad de Cornell y miembro del equipo internacional. “Es increíblemente emocionante saber que todo va a ser reescrito. Ésa es una de las mejores partes de ser científico”.
Referencias de revistas:
- Lili Alderson et al. Ciencia de publicación anticipada del exoplaneta WASP-39b con JWST NIRSpec G395H. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10488
- Z. Rustamkulov et al. Ciencia de publicación anticipada del exoplaneta WASP-39b con JWST NIRSpec PRISM. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10487
- Eva-Maria Ahrer et al. Ciencia de publicación anticipada del exoplaneta WASP-39b con JWST NIRCam. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10489
- Adina D. Feinstein et al. Ciencia de lanzamiento anticipado del exoplaneta WASP-39b con JWST NIRISS. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10493
- Shang-Min Tsai et al. Evidencia directa de fotoquímica en la atmósfera de un exoplaneta. DOI: 10.48550/arXiv.2211.10490
