Los científicos han realizado los primeros experimentos de laboratorio sobre la formación de neblina en atmósferas de exoplanetas simuladas, un paso importante para comprender las próximas observaciones de planetas fuera del sistema solar con el telescopio espacial James Webb.

Las simulaciones son necesarias para establecer modelos de las atmósferas de mundos lejanos, modelos que se pueden utilizar para buscar signos de vida fuera del sistema solar. Los resultados de los estudios aparecieron esta semana en Astronomía de la naturaleza .

"Una de las razones por las que estamos empezando a hacer este trabajo es entender si tener una capa de neblina en estos planetas los haría más o menos habitables". "dijo el autor principal del artículo, Sarah Hörst, profesor asistente de ciencias terrestres y planetarias en la Universidad Johns Hopkins.

Con los telescopios disponibles hoy, Los científicos planetarios y los astrónomos pueden aprender qué gases componen las atmósferas de los exoplanetas. "Cada gas tiene una huella digital que es única, ", Dijo Hörst." Si mide un rango espectral lo suficientemente grande, puedes ver cómo se superponen todas las huellas dactilares una encima de la otra ".

Telescopios actuales, sin embargo, no funcionan tan bien con todos los tipos de exoplanetas. Se quedan cortos con los exoplanetas que tienen atmósferas nebulosas. La neblina consiste en partículas sólidas suspendidas en gas, alterando la forma en que la luz interactúa con el gas. Este silenciamiento de las huellas digitales espectrales hace que medir la composición del gas sea más desafiante.

Hörst cree que esta investigación puede ayudar a la comunidad científica de exoplanetas a determinar qué tipos de atmósferas es probable que sean nebulosas. Con la neblina nublando la capacidad de un telescopio para decirles a los científicos qué gases componen la atmósfera de un exoplaneta, si no la cantidad de ellos, nuestra capacidad para detectar vida en otros lugares es una perspectiva más turbia.

Planetas más grandes que la Tierra y más pequeños que Neptuno, llamadas super-Tierras y mini-Neptunes, son los tipos predominantes de exoplanetas, o planetas fuera de nuestro sistema solar. Como esta clase de planetas no se encuentra en nuestro sistema solar, nuestro conocimiento limitado hace que sea más difícil estudiarlos.

Con el próximo lanzamiento del telescopio espacial James Webb, los científicos esperan poder examinar las atmósferas de estos exoplanetas con mayor detalle. JWST será capaz de mirar atrás en el tiempo incluso más lejos que el Hubble con un área de recolección de luz alrededor de 6.25 veces mayor. Orbitando alrededor del sol a un millón de millas de la Tierra, JWST ayudará a los investigadores a medir la composición de las atmósferas de los planetas extrasolares e incluso a buscar los componentes básicos de la vida.

"Parte de lo que estamos tratando de ayudar a las personas a descubrir es básicamente dónde querrías mirar, ", dijo Hörst sobre los usos futuros del telescopio espacial James Webb.

Dado que nuestro sistema solar no tiene super-Tierras o mini-Neptuno para comparar, los científicos no tienen "verdades fundamentales" para las atmósferas de estos exoplanetas. Usando modelos de computadora, El equipo de Hörst pudo reunir una serie de composiciones atmosféricas que modelan súper Tierras o mini Neptunes. Variando los niveles de tres gases dominantes (dióxido de carbono, hidrógeno, agua gaseosa), otros cuatro gases (helio, monóxido de carbono, metano, nitrógeno) y tres conjuntos de temperaturas, ensamblaron nueve "planetas" diferentes.

El modelado por computadora propuso diferentes porcentajes de gases, que los científicos mezclaron en una cámara y calentaron. Durante tres días, la mezcla calentada fluyó a través de una descarga de plasma, una configuración que inició reacciones químicas dentro de la cámara.

"La energía rompe las moléculas de gas con las que comenzamos. Reaccionan entre sí y crean cosas nuevas y, a veces, forman una partícula sólida [creando neblina] y otras veces no. "Dijo Hörst.

"La pregunta fundamental para este artículo era:¿Cuál de estas mezclas de gases, cuál de estas atmósferas, esperamos que sea nebulosa?" dijo Hörst.

Los investigadores encontraron que las nueve variantes producían neblina en cantidades variables. La sorpresa residía en qué combinaciones daban más. El equipo encontró la mayor cantidad de partículas de neblina en dos de las atmósferas dominantes en el agua. "Tuvimos la idea durante mucho tiempo de que la química del metano era el único camino verdadero para crear una neblina, y sabemos que eso no es cierto ahora "dijo Hörst, refiriéndose a compuestos abundantes tanto en hidrógeno como en carbono.

Es más, los científicos encontraron diferencias en los colores de las partículas, lo que podría afectar la cantidad de calor atrapado por la neblina. "Tener una capa de neblina puede cambiar la estructura de temperatura de una atmósfera, ", dijo Hörst." Puede evitar que fotones realmente energéticos lleguen a una superficie ".

Como la capa de ozono que ahora protege la vida en la Tierra de la radiación dañina, Los científicos han especulado que una capa de neblina primitiva pudo haber protegido la vida desde el principio. Esto podría ser significativo en nuestra búsqueda de vida externa.

Para el grupo de Hörst, the next steps involve analyzing the different hazes to see how the color and size of the particles affect how the particles interact with light. They also plan to try other compositions, temperatures, energy sources and examine the composition of the haze produced.

"The production rates were the very, very first step of what's going to be a long process in trying to figure out which atmospheres are hazy and what the impact of the haze particles is, " Hörst said.