Este mes marca el tercer aniversario del descubrimiento de un notable sistema de siete planetas conocido como TRAPPIST-1. Estos siete rocosos Mundos del tamaño de la Tierra orbitan una estrella ultrafría a 39 años luz de la Tierra. Tres de esos planetas están en la zona habitable, lo que significa que están a la distancia orbital correcta para estar lo suficientemente calientes como para que exista agua líquida en sus superficies. Después de su lanzamiento en 2021, El telescopio espacial James Webb de la NASA observará esos mundos con el objetivo de realizar el primer estudio detallado del infrarrojo cercano de la atmósfera de un planeta de zona habitable.

Para encontrar señales de una atmósfera los astrónomos utilizarán una técnica llamada espectroscopia de transmisión. Observan la estrella anfitriona mientras el planeta cruza la cara de la estrella, conocido como tránsito. La luz de la estrella se filtra a través de la atmósfera del planeta, que absorbe parte de la luz de las estrellas y deja huellas dactilares reveladoras en el espectro de la estrella.

Encontrar una atmósfera alrededor de un exoplaneta rocoso, la palabra que los científicos usan para los planetas más allá de nuestro sistema solar, no será fácil. Sus atmósferas son más compactas que las de los gigantes gaseosos, mientras que su tamaño más pequeño significa que interceptan menos luz de la estrella. TRAPPIST-1 es uno de los mejores objetivos disponibles para Webb ya que la estrella en sí también es bastante pequeña, lo que significa que el tamaño de los planetas en relación con la estrella es mayor.

“Las atmósferas son más difíciles de detectar pero la recompensa es mayor. Sería muy emocionante hacer la primera detección de una atmósfera en un planeta del tamaño de la Tierra, "dijo David Lafrenière de la Universidad de Montreal, investigador principal de uno de los equipos que examinan TRAPPIST-1.

Las estrellas enanas rojas como TRAPPIST-1 tienden a tener estallidos violentos que podrían hacer que los planetas TRAPPIST-1 sean inhóspitos. Pero determinar si tienen atmósferas, y de ser así, de qué están hechos, es el siguiente paso para descubrir si la vida tal como la conocemos podría sobrevivir en estos mundos distantes.

Un esfuerzo coordinado

Más de un equipo de astrónomos estudiará el sistema TRAPPIST-1 con Webb. Planean usar una variedad de instrumentos y modos de observación para descubrir tantos detalles como puedan para cada planeta del sistema.

"Es un esfuerzo coordinado porque ningún equipo pudo hacer todo lo que queríamos con el sistema TRAPPIST-1. El nivel de cooperación ha sido realmente espectacular, "explicó Nikole Lewis de la Universidad de Cornell, el investigador principal de uno de los equipos.

"Con siete planetas para elegir, cada uno puede tener un pedazo del pastel, "añadió Lafrenière.

El programa de Lafrenière apuntará a TRAPPIST-1d y -1f en un esfuerzo por no solo detectar una atmósfera, pero determina su composición básica. Esperan poder distinguir entre una atmósfera dominada por vapor de agua, o uno compuesto principalmente de nitrógeno (como la Tierra) o dióxido de carbono (como Marte y Venus).

El programa de Lewis observará TRAPPIST-1e con objetivos similares. TRAPPIST-1e es uno de los planetas más allá de nuestro sistema solar que tiene más en común con la Tierra en términos de su densidad y la cantidad de radiación que recibe de su estrella. Eso lo convierte en un gran candidato para la habitabilidad, pero los científicos necesitan saber más para averiguarlo.

Una amplia variedad de planetas.

Si bien los planetas TRAPPIST-1 tienen un atractivo particular desde el punto de vista de la habitabilidad potencial, El programa de Lafrenière apuntará a una variedad de planetas, desde rocosos a mini-Neptuno y gigantes gaseosos del tamaño de Júpiter, a una variedad de distancias de sus estrellas. El objetivo es aprender más sobre cómo, y donde, se forman estos planetas.

En particular, Los astrónomos continúan debatiendo cómo se pueden encontrar planetas gaseosos muy cerca de sus estrellas. La mayoría cree que un planeta así debe haberse formado más lejos en el disco protoplanetario, el disco alrededor de una estrella donde nacen los planetas, ya que hay más material disponible lejos de la estrella. y luego migró hacia adentro. Sin embargo, otros científicos teorizan que incluso grandes gigantes gaseosos pueden formarse relativamente cerca de su estrella.

"También, tal vez se formaron más lejos, pero ¿cuánto más lejos? ", preguntó Lewis.

Para ayudar a informar el debate, los astrónomos observarán la proporción de carbono a oxígeno en una variedad de exoplanetas. Esta proporción puede servir como trazador de dónde se formó un planeta, porque varía con la distancia a la estrella.

Mapas meteorológicos

Además de examinar planetas mediante espectroscopia de transmisión, los equipos también emplearán una técnica conocida como curva de fase. Esto implica observar un planeta a lo largo de una órbita completa, lo cual solo es práctico para los mundos más calientes con los períodos orbitales más cortos.

Un planeta que gira muy cerca de su estrella queda bloqueado por mareas, lo que significa que siempre muestra la misma cara a la estrella, como lo hace la Luna con la Tierra. Como resultado, los observadores distantes que observan el planeta lo verán pasar por varias fases, ya que diferentes lados del planeta son visibles en diferentes puntos de su órbita.

Midiendo el planeta en varios momentos, los astrónomos pueden construir un mapa de la temperatura atmosférica en función de la longitud. Esta técnica fue iniciada por el telescopio espacial Spitzer de la NASA, que hizo el primer "mapa meteorológico" de un exoplaneta en 2007.

Además, observando la propia emisión de calor del planeta, los astrónomos pueden modelar la estructura vertical de la atmósfera.

"Con una curva de fase, podemos construir un modelo tridimensional completo de la atmósfera de un planeta, "explicó Lafrenière.

Este trabajo se lleva a cabo como parte de un programa de observaciones de tiempo garantizado (GTO) de Webb. Este programa está diseñado para recompensar a los científicos que ayudaron a desarrollar los componentes clave de hardware y software o el conocimiento técnico e interdisciplinario para el observatorio.