Un equipo de astrónomos dirigido por AIP Ph.D. El estudiante Engin Keles detectó el elemento químico potasio en la atmósfera de un exoplaneta, por primera vez con una importancia abrumadora y aplicando espectroscopía de alta resolución. El instrumento polarimétrico y espectroscópico Potsdam Echelle (PEPSI) en el Gran Telescopio Binocular (LBT) en Arizona se utilizó para estudiar la atmósfera en el exoplaneta HD189733b similar a Júpiter.

Desde las primeras predicciones teóricas hace 20 años, Se esperaba que los elementos químicos potasio y sodio fueran detectables en atmósferas de "Júpiter calientes, "planetas gaseosos con temperaturas de unos pocos miles de Kelvin que orbitan cerca de estrellas lejanas. Si bien el sodio se detectó con observaciones de alta resolución desde el principio, el potasio no lo era, que creó un rompecabezas para la física y la química atmosférica.

Los elementos se pueden descubrir analizando el espectro de luz de la estrella de origen cuando el planeta pasa frente a ella, visto desde la Tierra. Diferentes elementos provocan señales de absorción específicas en el espectro, líneas oscuras, que insinúan la composición química de la atmósfera. Sin embargo, la presencia de nubes en las atmósferas calientes de Júpiter debilita fuertemente cualquier característica de absorción espectral y, por lo tanto, las hace muy difíciles de detectar. Incluso para HD189733b, el Júpiter caliente mejor estudiado, hasta ahora, los científicos solo poseían un conocimiento muy vago e impreciso de la absorción de potasio. El exoplaneta 64 años luz de distancia y aproximadamente del tamaño de Júpiter, orbita su estrella natal, una gigante roja, en 53 horas y está 30 veces más cerca que la Tierra del Sol. Necesitaba la capacidad de captación de luz del 2x8, 4m LBT y la alta resolución espectral de PEPSI para medir definitivamente el potasio por primera vez en alta resolución en capas atmosféricas por encima de las nubes. Con estas nuevas medidas, los investigadores ahora pueden comparar las señales de absorción de potasio y sodio y así aprender más sobre procesos como la condensación o la fotoionización en estas atmósferas de exoplanetas.

La técnica que se aplicó para este estudio en LBT se llama espectroscopia de transmisión. Requiere que el exoplaneta transite frente a la estrella anfitriona. "Tomamos una serie temporal de espectros de luz durante el tránsito y comparamos la profundidad de absorción, "dice el autor principal del estudio, Engin Keles, Doctor. estudiante de la AIP en el grupo Stellar Physics and Exoplanets. "Durante el tránsito, luego detectamos la firma de potasio, que desapareció antes y después del tránsito como se esperaba, lo que indica que la absorción es inducida por la atmósfera planetaria ". Investigaciones de otros equipos ya intentaron detectar potasio en el mismo exoplaneta, sin embargo, o no se encontró nada o lo que se encontró fue demasiado débil para ser estadísticamente significativo. Hasta ahora no ha habido una detección significativa de potasio en observaciones de alta resolución para ningún exoplaneta.

"Nuestras observaciones claramente marcaron un gran avance", enfatiza el co-líder del proyecto, el Dr. Matthias Mallonn, quien es secundado por el investigador principal de PEPSI, el Prof. Klaus Strassmeier:"PEPSI es muy adecuado para esta tarea debido a su alta resolución espectral que permite recolectar más fotones por píxel de líneas espectrales muy estrechas que cualquier otra combinación telescopio-espectrógrafo". "Tanto como espectrógrafo como espectropolarímetro, PEPSI ya ha realizado importantes contribuciones a la física estelar, "añade Christian Veillet, Director del Observatorio LBT. "Esta fuerte detección de potasio en la atmósfera de un exoplaneta establece a PEPSI como una herramienta asombrosa para la caracterización de exoplanetas, así como un activo único para los miembros de la comunidad LBT".