Un equipo internacional que involucra a científicos de la Universidad de Warwick mide la abundancia de CO y H 2 O simultáneamente en la atmósfera de un Júpiter caliente por primera vez. Las mediciones se realizaron con un nivel de precisión sin precedentes para un telescopio terrestre, similar al de los telescopios espaciales. Este logro allana el camino para el uso de telescopios terrestres en los esfuerzos por detectar firmas de vida en exoplanetas.
Al medir el desplazamiento Doppler ilustrado en la columna de la derecha de esta figura, los científicos pueden reconstruir la velocidad orbital de un planeta en el tiempo hacia la Tierra o alejándose de ella. La fuerza de la señal del planeta, como se muestra en la columna del medio, a lo largo de la velocidad aparente esperada (curva punteada azul marino) del planeta mientras orbita la estrella, contiene información sobre las cantidades de diferentes gases en la atmósfera. Crédito: P. Smith / M. Líneas. Selkirk / ASU
Las primeras mediciones directas de la cantidad tanto de agua como de monóxido de carbono en la atmósfera de un planeta en otro sistema solar a aproximadamente 340 años luz de distancia han sido realizadas por un equipo internacional de científicos que incluye a astrónomos de la Universidad de Warwick, utilizando el sistema de telescopios Gemini en Chile.
El equipo dirigido por la Universidad Estatal de Arizona ha publicado sus resultados en la revista Nature . Los científicos de la Universidad de Warwick llevaron a cabo análisis de datos independientes y modelado / interpretación para validar el resultado debido a la precisión sin precedentes requerida para las conclusiones.
Hay miles de planetas conocidos fuera de nuestro propio sistema solar (llamados exoplanetas). Los científicos usan telescopios espaciales y telescopios terrestres para examinar cómo se forman estos exoplanetas y en qué se diferencian de los planetas de nuestro propio sistema solar.
Este estudio se centró en el planeta “WASP-77Ab”, un tipo de exoplaneta llamado “Júpiter caliente” porque es como el Júpiter de nuestro sistema solar, pero con una temperatura superior a los 1500 ° C.
Luego se enfocaron en medir la composición de su atmósfera para determinar qué elementos están presentes y los compararon con la estrella que orbita.
Si bien todavía no podemos enviar naves espaciales a planetas más allá de nuestro sistema solar, los científicos pueden estudiar la luz de los exoplanetas con telescopios. Los telescopios que utilizan para observar esta luz pueden estar en el espacio, como el Telescopio Espacial Hubble (HST), o desde el suelo, como los telescopios del Observatorio Gemini.
El equipo había estado muy involucrado en la medición de la composición atmosférica de exoplanetas usando HST, pero obtener estas mediciones fue un desafío. No solo hay una fuerte competencia por el tiempo del telescopio, los instrumentos HST solo miden agua (u oxígeno) y el equipo también necesitaba recopilar mediciones de monóxido de carbono (o carbono).
Aquí es donde el equipo se dirigió al telescopio Gemini South .
Gemini South es un telescopio de 8,1 m de diámetro ubicado en una montaña en los Andes chilenos llamada Cerro Pachón, donde el aire muy seco y una capa de nubes insignificante hacen de este un lugar privilegiado para el telescopio. Es operado por NOIRLab (Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja) de la National Science Foundation.
Usando el telescopio Gemini South, con un instrumento llamado Espectrómetro Infrarrojo de Rejilla de Inmersión (IGRINS), el equipo observó el brillo térmico del exoplaneta mientras orbitaba su estrella anfitriona. A partir de este instrumento, recopilaron información sobre la presencia y cantidades relativas de diferentes gases en su atmósfera.
Y con mediciones claras de agua y monóxido de carbono en la atmósfera de WASP-77Ab , el equipo pudo extraer las cantidades relativas de oxígeno y carbono en la atmósfera del exoplaneta.
El coautor, el Dr. Matteo Brogi del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, quien lideró la validación de los resultados, dijo: “Si bien estas fueron observaciones desde el suelo, obtuvimos un nivel de precisión en nuestras mediciones que solo pensamos posible con las próximas Telescopio espacial James Webb. Esto significa que ahora tenemos un método complementario para estudiar exoplanetas con un nivel de detalle similar.
“Si podemos hacer esto con la tecnología actual, piense en lo que seremos capaces de hacer con los telescopios emergentes como el Extremely Large Telescope en el European Southern Observatory. Es una posibilidad real que podamos usar este mismo método a finales de esta década para detectar posibles firmas de vida, que también contienen carbono y oxígeno, en planetas rocosos similares a la Tierra más allá de nuestro propio sistema solar ”.
La coautora, la profesora Vivien Parmentier de la Universidad de Oxford, dijo: “Lo que encuentro increíble es que nuestra medición de la cantidad de carbono en un planeta que está a más de 300 años luz de distancia es casi tan precisa como las mediciones que obtenemos para planetas del sistema solar, que están comparativamente al lado. Júpiter está aproximadamente 6 millones de veces más cerca de nosotros que WASP-77Ab, así que si Júpiter fuera la casa de tu vecino, a unos metros de ti, ¡WASP-77Ab sería una casa en Sydney, Australia!
Obtener abundancias de gas ultraprecisas en atmósferas de exoplanetas no solo es un logro técnico importante, especialmente con un telescopio terrestre, sino que también puede ayudar a los científicos a buscar vida en otros planetas.
“Este trabajo representa una demostración pionera de cómo mediremos en última instancia gases de firma biológica como el oxígeno y el metano en mundos potencialmente habitables en un futuro no muy lejano”, dice el autor principal, profesor asistente Michael Line de la Universidad Estatal de Arizona.
Lo que Line y el equipo esperan hacer a continuación es repetir este análisis para muchos más planetas y construir una “muestra” de mediciones atmosféricas en al menos 15 planetas más.
“Ahora estamos en el punto en el que podemos obtener precisiones de abundancia de gas comparables a las de esos planetas de nuestro propio sistema solar. Medir la abundancia de carbono y oxígeno (y otros elementos) en las atmósferas de una muestra más grande de exoplanetas proporciona un contexto muy necesario para comprender los orígenes y la evolución de nuestros propios gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno ”, dice Line.
Además de Line, el equipo de investigación incluye a Joseph Zalesky, Evgenya Shkolnik, Jennifer Patience y Peter Smith de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU; Matteo Brogi y Siddharth Gandhi de la Universidad de Warwick (Reino Unido); Jacob Bean y Megan Mansfield de la Universidad de Chicago; Vivien Parmentier y Joost Wardenier de la Universidad de Oxford (Reino Unido); Gregory Mace de la Universidad de Texas en Austin; Eliza Kempton de la Universidad de Maryland; Jonathan Fortney de la Universidad de California, Santa Cruz; Emily Rauscher de la Universidad de Michigan; y Jean-Michel Desert´ de la Universidad de Amsterdam.
Referencia:
M. Line y col . ” Una determinación precisa de la abundancia de carbono y oxígeno en una atmósfera caliente de Júpiter “. Nature Portfolio , preimpresión en revisión (2021).
Fuente: Universidad de Warwick
