Por primera vez, los astrónomos han encontrado evidencia inequívoca de dióxido de carbono en la atmósfera de un exoplaneta (un planeta fuera de nuestro sistema solar).

El descubrimiento, aceptado para su publicación en Nature y publicado en línea el 25 de agosto, demuestra el poder del Telescopio Espacial James Webb (JWST) para ofrecer observaciones sin precedentes de atmósferas de exoplanetas.

Natalie Batalha, profesora de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz, lidera el equipo de astrónomos que hizo la detección, utilizando JWST para observar un planeta con la masa de Saturno llamado WASP-39b que orbita muy cerca de una estrella similar al Sol a unos 700 luz- años de la Tierra.

"Observaciones anteriores de este planeta con Hubble y Spitzer nos habían dado pistas tentadoras de que el dióxido de carbono podría estar presente", dijo Batalha. "Los datos de JWST mostraron una característica inequívoca de dióxido de carbono que era tan prominente que prácticamente nos gritaba".

El dióxido de carbono es un componente importante de las atmósferas de los planetas de nuestro sistema solar, que se encuentra en planetas rocosos como Marte y Venus, así como en gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. Para los investigadores de exoplanetas, es importante tanto como un gas que es probable que puedan detectar en pequeños planetas rocosos como un indicador de la abundancia general de elementos pesados ​​en las atmósferas de los planetas gigantes.

"El dióxido de carbono es en realidad una vara de medir muy sensible, la mejor que tenemos, para elementos pesados ​​en atmósferas de planetas gigantes, por lo que el hecho de que podamos verlo tan claramente es realmente genial", dijo el coautor Jonathan Fortney, profesor de astronomía y astrofísica. en UCSC y director del Laboratorio de Otros Mundos.

Las estrellas y los planetas gigantes gaseosos están hechos principalmente de los elementos más livianos, hidrógeno y helio, pero la abundancia de elementos más pesados, lo que los astrónomos llaman "metalicidad", es un factor crítico en la formación de planetas, explicó Fortney.

"La capacidad de determinar la cantidad de elementos pesados ​​en un planeta es fundamental para comprender cómo se formó, y podremos usar esta vara de medición de dióxido de carbono para un montón de exoplanetas para desarrollar una comprensión integral de la composición de los planetas gigantes. ", dijo.

El equipo de Batalha observó WASP-39b como parte de un programa científico de lanzamiento temprano de JWST para estudiar exoplanetas en tránsito. Un planeta en tránsito pasa frente a su estrella visto desde la Tierra, lo que permite a los astrónomos analizar la luz de las estrellas que atraviesa la atmósfera del planeta, donde gases como el dióxido de carbono absorben ciertas longitudes de onda de luz.

Usando el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) en JWST, el equipo obtuvo un "espectro de transmisión" de alta resolución que muestra la luz transmitida a través de la atmósfera de WASP-39b separada en sus longitudes de onda componentes. Batalha dijo que los datos arrojaron "curvas de luz exquisitas" y mostraron que el instrumento NIRSpec supera las expectativas para la espectroscopia de transmisión. Esto es un buen augurio para las observaciones de pequeños planetas rocosos, que se espera que tengan dióxido de carbono en sus atmósferas (cuando tienen atmósferas) pero que no darán una señal tan fuerte como un planeta gigante como WASP-39b.

"Esta detección servirá como un punto de referencia útil de lo que podemos hacer para detectar dióxido de carbono en los planetas terrestres en el futuro", dijo Batalha. "Es el gas atmosférico más probable que detectaremos con JWST en atmósferas de exoplanetas de tamaño terrestre".

Además del dióxido de carbono, los investigadores detectaron otra característica interesante en el espectro de WASP-39b que aún no han identificado. "Es una característica misteriosa por ahora", dijo Batalha. "En este documento, nos enfocamos en una gama estrecha de colores infrarrojos; esto es solo una vista previa de las características que esperamos ver en el espectro completo".

Fortney notó que WASP-39b parece tener una composición similar a la de Saturno. La metalicidad de Saturno es 10 veces mayor que la del sol, y WASP-39b también parece estar enriquecido en elementos pesados ​​unas 10 veces en relación con el sol.

"Eso es súper interesante, y nos encantaría saber si todos los planetas de la masa de Saturno tienen la misma metalicidad", dijo. "Fue emocionante ver esto en otro sistema, porque no sabíamos qué esperar cuando pasamos de los planetas de nuestro sistema solar a las atmósferas de los exoplanetas".

Situado en la constelación de Virgo, WASP-39b está más de 20 veces más cerca de su estrella que la Tierra del sol. Aunque tiene aproximadamente la misma masa que Saturno, es menos denso y aproximadamente un 50 por ciento más grande, probablemente debido al calentamiento por estar tan cerca de su estrella anfitriona. Las observaciones anteriores mostraron que tiene cielos relativamente despejados, lo que lo convierte en un buen objetivo para la espectroscopia de transmisión.

Cuando se publicaron los primeros datos del JWST en julio, los investigadores de exoplanetas de la UCSC estaban recibiendo a 45 astrónomos visitantes para el Programa de Verano de Exoplanetas anual del Laboratorio de Otros Mundos. "Estábamos todos acurrucados alrededor de la computadora portátil para ver por primera vez el espectro y maravillarnos", dijo Batalha. "Es un sentimiento tremendo, casi eufórico, ver algo por primera vez que ningún otro ser humano ha visto antes, de eso se trata la ciencia". + Explora más

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