Los astrónomos han obtenido algunos de los mejores datos hasta ahora sobre la composición de un planeta conocido como HR 8799c, un joven planeta gaseoso gigante de aproximadamente 7 veces la masa de Júpiter que orbita su estrella cada 200 años.

El equipo utilizó instrumentación de última generación en el Observatorio W. M. Keck en Maunakea, Hawaii para confirmar la existencia de agua en la atmósfera del planeta, así como la falta de metano.

Mientras que otros investigadores habían realizado previamente mediciones similares de este planeta, estos nuevos, datos más sólidos demuestran el poder de combinar la espectroscopia de alta resolución con una técnica conocida como óptica adaptativa, que corrige el efecto borroso de la atmósfera terrestre.

"Este tipo de tecnología es exactamente lo que queremos usar en el futuro para buscar signos de vida en un planeta similar a la Tierra. Aún no hemos llegado, pero estamos avanzando". "dice Dimitri Mawet, profesor asociado de astronomía en Caltech e investigador científico en JPL, que Caltech administra para la NASA.

Mawet es coautor de un nuevo artículo sobre los hallazgos publicado hoy en el Diario astronómico . El autor principal es Ji Wang, anteriormente fue becario postdoctoral en Caltech y ahora es profesor asistente en la Universidad Estatal de Ohio.

Tomar fotografías de planetas que orbitan alrededor de otras estrellas, exoplanetas, es una tarea formidable. La luz de las estrellas anfitrionas eclipsa con creces a los planetas, haciéndolos difíciles de ver.

Hasta ahora, se han fotografiado directamente más de una docena de exoplanetas, incluyendo HR 8799c y tres de sus compañeros planetarios. De hecho, HR 8799 es el único sistema de múltiples planetas que ha sido fotografiado. Descubierto usando óptica adaptativa en el telescopio Keck II, las imágenes directas de HR8799 son las primeras de un sistema planetario que orbita una estrella distinta a nuestro sol.

Una vez que se obtiene una imagen, los astrónomos pueden usar instrumentos, llamados espectrómetros, para romper la luz del planeta, como un prisma que convierte la luz del sol en un arco iris, revelando así las huellas dactilares de los productos químicos. Hasta aquí, esta estrategia se ha utilizado para conocer las atmósferas de varios exoplanetas gigantes.

El siguiente paso es hacer lo mismo solo para los planetas más pequeños que están más cerca de sus estrellas (cuanto más cerca está un planeta de su estrella y más pequeño es su tamaño, más difícil es ver).

El objetivo final es buscar sustancias químicas en las atmósferas de planetas similares a la Tierra que orbitan en la "zona habitable" de la estrella, incluida cualquier firma biológica que pueda indicar vida, como el agua, oxígeno, y metano.

El grupo de Mawet espera hacer precisamente esto con un instrumento en el próximo Telescopio de Treinta Metros, un telescopio gigante planeado para finales de la década de 2020 por varios socios nacionales e internacionales, incluyendo Caltech.

Pero por ahora, los científicos están perfeccionando su técnica utilizando el Observatorio Keck, y en el proceso, learning about the compositions and dynamics of giant planets.

"Ahora, with Keck, we can already learn about the physics and dynamics of these giant exotic planets, which are nothing like our own solar system planets, " says Wang.

En el nuevo estudio, the researchers used an instrument on the Keck II telescope called NIRSPEC (near-infrared cryogenic echelle spectrograph), a high-resolution spectrometer that works in infrared light.

They coupled the instrument with Keck Observatory's powerful adaptive optics, a method for creating crisper pictures using a guide star in the sky as a means to measure and correct the blurring turbulence of Earth's atmosphere.

This is the first time the technique has been demonstrated on directly imaged planets using what's known as the L-band, a type of infrared light with a wavelength of around 3.5 micrometers, and a region of the spectrum with many detailed chemical fingerprints.

"The L-band has gone largely overlooked before because the sky is brighter at this wavelength, " says Mawet. "If you were an alien with eyes tuned to the L-band, you'd see an extremely bright sky. It's hard to see exoplanets through this veil."

The researchers say that the addition of adaptive optics made the L-band more accessible for the study of the planet HR 8799c. En su estudio, they made the most precise measurements yet of the atmospheric constituents of the planet, confirming it has water and lacks methane as previously thought.

"We are now more certain about the lack of methane in this planet, " says Wang. "This may be due to mixing in the planet's atmosphere. The methane, which we would expect to be there on the surface, could be diluted if the process of convection is bringing up deeper layers of the planet that don't have methane."

The L-band is also good for making measurements of a planet's carbon-to-oxygen ratio—a tracer of where and how a planet forms. Planets form out of swirling disks of material around stars, specifically from a mix of hydrogen, oxígeno, and carbon-rich molecules, such as water, monóxido de carbono, and methane.

These molecules freeze out of the planet-forming disks at different distances from the star—at boundaries called snowlines. By measuring a planet's carbon-to-oxygen ratio, astronomers can thus learn about its origins.

Mawet's team is now gearing up to turn on their newest instrument at Keck Observatory, called the Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC). It will also use adaptive optics-aided high-resolution spectroscopy but can see planets that are fainter than HR 8799c and closer to their stars.

"KPIC is a springboard to our future Thirty Meter Telescope instrument, " says Mawet. "For now, we are learning a great deal about the myriad ways in which planets in our universe form."