Comienza una nueva era de exploración de exoplanetas con el 'notable' estudio JWST de WASP

Los estudios de la atmósfera de un exoplaneta utilizando instrumentos del Telescopio Espacial James Webb han revelado la detección de nuevas moléculas y estructuras de nubes.

En una serie de estudios en cinco artículos, un gran equipo internacional que incluye investigadores del Imperial College de Londres ha demostrado el poder del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para investigar exoplanetas.

El telescopio se utilizó para investigar la atmósfera del exoplaneta WASP-39b, un planeta gigante gaseoso que orbita alrededor de una estrella a 700 años luz de distancia. WASP-39b es extremadamente "hinchado": tiene un radio un poco mayor que el de Júpiter, pero menos de la mitad de su masa. Esto significa que hay mucho ambiente para que los investigadores estudien.

El JWST, que se lanzó el día de Navidad de 2021, realiza astronomía infrarroja y es el sucesor del Telescopio Espacial Hubble. Lleva varios tipos de instrumentos de detección, incluido el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec), la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el generador de imágenes de infrarrojo cercano y espectrógrafo sin ranura (NIRISS), que se utilizaron para los nuevos estudios.

Las mediciones de WASP-39b se toman cuando el planeta pasa frente a su estrella, y la luz de la estrella brilla a través de su atmósfera proporcionando a los instrumentos muchos detalles sobre la composición química y la estructura de la atmósfera.

En agosto de 2022, se anunció que uno de los instrumentos había detectado dióxido de carbono en la atmósfera de WASP-39b, la primera vez que se detectaba esta molécula en la atmósfera de un exoplaneta. Los nuevos datos, obtenidos de todo un conjunto de instrumentos, también revelan la primera detección de monóxido de carbono en la atmósfera de WASP-39b, así como la primera detección de dióxido de azufre en la atmósfera de cualquier exoplaneta.

El equipo descubrió que el dióxido de azufre se produce por fotoquímica: reacciones químicas catalizadas por la luz de las estrellas. Esta es la primera vez que se detecta un subproducto fotoquímico en un exoplaneta. La fotoquímica es fundamental para la vida en la Tierra, desde la producción de ozono en la atmósfera superior hasta la fotosíntesis en las plantas y las algas y la producción de vitamina D en nuestra piel.

El proceso utilizado para identificar estas nuevas moléculas, junto con el agua, el sodio y el potasio previamente descubiertos, también ofrece a los investigadores una visión temprana de las proporciones de abundancia elemental, que comparan la proporción de dos elementos.

Estas medidas, como las proporciones de carbono a oxígeno y de potasio a oxígeno, pueden brindar a los investigadores información sobre cómo se formó el planeta a partir del disco de gas y polvo que rodeaba a la estrella madre en sus años más jóvenes.

Los estudios también revelan evidencia de una cobertura de nubes no uniforme en la atmósfera de WASP-39b, potencialmente de manera similar a las nubes de Saturno y Júpiter.

Los nuevos artículos fueron dirigidos por los estudiantes de doctorado Zafar Rustamkulov de la Universidad Johns Hopkins, Lili Alderson de la Universidad de Bristol, Eva-Maria Ahrer de la Universidad de Warwick, Adina Feinstein de la Universidad de Chicago y Shang-Min Tsai de la Universidad de Oxford.

El Dr. James Kirk, del Departamento de Física del Imperial College de Londres, fue un miembro clave del equipo NIRSpec PRISM y proporcionó análisis independientes de los datos utilizando un software que él mismo escribió.

El instrumento funciona midiendo el brillo de la estrella a medida que cambia a lo largo del tiempo durante el cual el planeta pasa frente a ella. Esto da como resultado alrededor de 21.500 mediciones en un período de ocho horas. El software del Dr. Kirk ajusta estas mediciones de brillo con modelos planetarios para generar un espectro de luz y revelar los átomos y moléculas presentes en la atmósfera del planeta.

De esta manera, fue una de las primeras personas en producir resultados sobre la composición atmosférica del planeta. Dijo: “Me quedé impresionado cuando vi por primera vez el espectro del planeta. Sabía que teníamos algo extraordinario, en términos del nivel de estructura que había en el espectro y la precisión que logramos.

“El nivel de detalle proporcionado por JWST es revolucionario. Es increíblemente emocionante pensar que estamos apenas en los albores de la era JWST”.

Los datos de NIRSpec PRISM mostraron una detección clara de sodio, agua, dióxido de carbono y monóxido de carbono, e insinuaron la presencia de dióxido de azufre, que fue confirmado por uno de los otros instrumentos.

Los instrumentos miden diferentes aspectos del espectro con cierta superposición en los márgenes, lo que permite a los investigadores comprobar que están produciendo los mismos resultados, como se demostró con este conjunto de instrumentos.

El Dr. Kirk añadió: "Los estudios muestran que JWST está funcionando excepcionalmente bien y, por lo tanto, mejorará drásticamente nuestra comprensión de las atmósferas tanto de los gigantes gaseosos como de los exoplanetas potencialmente habitables".

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Crédito de la imagen superior: Melissa Weiss/Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian

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