Usando el espectropolarímetro SPIRou en el Telescopio Canadá-Francia-Hawai en Hawai, un equipo dirigido por Stefan Pelletier, estudiante de doctorado en el Instituto de Investigación sobre Exoplanetas (iREx) de la Université de Montréal, estudió la atmósfera del exoplaneta gigante gaseoso Tau Boötis b, un mundo abrasador que tarda apenas tres días en orbitar su estrella anfitriona.

Su análisis detallado, presentado en un artículo publicado hoy en el Diario astronómico , muestra que la atmósfera del planeta gaseoso contiene monóxido de carbono, como se esperaba, pero sorprendentemente sin agua, una molécula que se pensaba que prevalecía y que debería haber sido fácilmente detectable con SPIRou.

Tau Boötis b es un planeta 6,24 veces más masivo que Júpiter y ocho veces más cercano a su estrella madre que Mercurio al Sol. Ubicado a solo 51 años luz de la Tierra y un 40% más masivo que el Sol, su estrella, Tau Boötis, es una de las estrellas portadoras de planetas más brillantes conocidas, y es visible a simple vista en la constelación de Boötes.

Tau Boötis b fue uno de los primeros exoplanetas jamás descubiertos, en 1996, gracias al método de velocidad radial, que detecta el ligero movimiento de ida y vuelta de una estrella generado por el tirón gravitacional de su planeta. Su atmósfera había sido estudiada un puñado de veces antes, pero nunca con un instrumento tan poderoso como SPIRou para revelar su contenido molecular.

Buscando agua

Suponiendo que Tau Boötis b se haya formado en un disco protoplanetario con una composición similar a la de nuestro Sistema Solar, Los modelos muestran que el vapor de agua debería estar presente en grandes cantidades en su atmósfera. Por tanto, debería haber sido fácil de detectar con un instrumento como SPIRou.

"Esperábamos una fuerte detección de agua, con tal vez un poco de monóxido de carbono, "explicó Pelletier." Estábamos, sin embargo, sorprendido de encontrar lo contrario:monóxido de carbono, pero no agua ".

El equipo trabajó duro para asegurarse de que los resultados no pudieran atribuirse a problemas con el instrumento o al análisis de los datos.

"Una vez que nos convencimos de que el contenido de agua era mucho más bajo de lo esperado en Tau Boötis b, pudimos comenzar a buscar mecanismos de formación que pudieran explicar esto, "dijo Pelletier.

Estudiar los Júpiter calientes para comprender mejor a Júpiter y Saturno

"Júpiter calientes como Tau Boötis b ofrecen una oportunidad sin precedentes para sondear la formación de planetas gigantes", dijo el coautor Björn Benneke, profesor de astrofísica y director de doctorado de Pelletier en la UdeM. "La composición del planeta da pistas sobre dónde y cómo se formó este planeta gigante".

La clave para revelar la ubicación y el mecanismo de formación de los planetas gigantes está impresa en su composición atmosférica molecular. La temperatura extrema de los Júpiter calientes permite que la mayoría de las moléculas en sus atmósferas estén en forma gaseosa, y por tanto detectable con los instrumentos actuales. Los astrónomos pueden así medir con precisión el contenido de sus atmósferas.

"En nuestro Sistema Solar, Júpiter y Saturno son muy fríos, ", dijo Benneke." Algunas moléculas, como el agua, están congeladas y escondidas profundamente en sus atmósferas; por lo tanto, tenemos un conocimiento muy pobre de su abundancia. El estudio de los Júpiter calientes proporciona una forma de comprender mejor nuestros propios planetas gigantes. La baja cantidad de agua en Tau Boötis b podría significar que nuestro propio Júpiter también está más seco de lo que pensábamos ".

SPIRou:un instrumento único

Tau Boötis b es uno de los primeros planetas estudiados con el nuevo instrumento SPIRou desde que se puso en servicio recientemente en el Telescopio Canadá-Francia-Hawai. Este instrumento fue desarrollado por investigadores de varias instituciones científicas incluida la UdeM.

"Este espectropolarímetro puede analizar la luz térmica del planeta, la luz emitida por el propio planeta, en una gama de colores sin precedentes. y con una resolución que permite la identificación de muchas moléculas a la vez:agua, monóxido de carbono, metano, etc. ", dijo el coautor e investigador de iREx, Neil Cook, un experto en el instrumento SPIRou.

El equipo pasó 20 horas observando el exoplaneta con SPIRou entre abril de 2019 y junio de 2020.

"Medimos la abundancia de todas las moléculas principales que contienen carbono u oxígeno, ", dijo Pelletier." Dado que son los dos elementos más abundantes en el universo, después del hidrógeno y el helio, eso nos da una imagen muy completa del contenido de la atmósfera ".

Como la mayoría de los planetas, Tau Boötis b no pasa frente a su estrella mientras orbita a su alrededor, desde el punto de vista de la Tierra. Sin embargo, el estudio de las atmósferas de exoplanetas se ha limitado principalmente a los planetas "en tránsito", aquellos que causan caídas periódicas en la luz de su estrella cuando oscurecen parte de su luz.

"Es la primera vez que obtenemos mediciones tan precisas de la composición atmosférica de un exoplaneta que no está en tránsito, "dijo la estudiante de doctorado Caroline Piaulet, coautor del estudio.

"Este trabajo abre la puerta a estudiar en detalle las atmósferas de una gran cantidad de exoplanetas, incluso los que no transitan su estrella ".

Una composición similar a Júpiter

A través de su análisis, Pelletier y sus colegas pudieron concluir que la composición atmosférica de Tau Boötis b tiene aproximadamente cinco veces más carbono que el que se encuentra en el Sol. cantidades similares a las medidas para Júpiter.

Esto puede sugerir que los Júpiter calientes podrían formarse mucho más lejos de su estrella anfitriona, a distancias similares a los planetas gigantes de nuestro Sistema Solar, y simplemente han experimentado una evolución diferente, que incluía una migración hacia la estrella.

"Según lo que encontramos para Tau Boötis b, parece que, al menos en cuanto a composición, Los Júpiter calientes pueden no ser tan diferentes de nuestros propios planetas gigantes del Sistema Solar después de todo, "concluyó Pelletier.