El Telescopio Espacial James Webb de la NASA ha capturado la firma distintiva del agua, junto con evidencia de nubes y neblina, en la atmósfera que rodea un planeta gigante de gas caliente e hinchado que orbita una estrella distante similar al Sol.

La observación, que revela la presencia de moléculas de gas específicas basadas en pequeñas disminuciones en el brillo de colores de luz precisos, es la más detallada de su tipo hasta la fecha, lo que demuestra la capacidad sin precedentes de Webb para analizar atmósferas a cientos de años luz de distancia.

Mientras que el Telescopio Espacial Hubble ha analizado numerosas atmósferas de exoplanetas en las últimas dos décadas, capturando la primera detección clara de agua en 2013, la observación inmediata y más detallada de Webb marca un gran paso adelante en la búsqueda para caracterizar planetas potencialmente habitables más allá de la Tierra.

WASP-96 b es uno de los más de 5000 exoplanetas confirmados en la Vía Láctea. Ubicado aproximadamente a 1.150 años luz de distancia en la constelación del cielo austral de Phoenix, representa un tipo de gigante gaseoso que no tiene un análogo directo en nuestro sistema solar. Con una masa inferior a la mitad de la de Júpiter y un diámetro 1,2 veces mayor, WASP-96 b es mucho más hinchado que cualquier planeta que orbite alrededor de nuestro Sol. Y con una temperatura superior a 1000°F, es significativamente más caliente. WASP-96 b orbita extremadamente cerca de su estrella similar al Sol, a solo una novena parte de la distancia entre Mercurio y el Sol, completando un circuito cada 3½ días terrestres.

La combinación de gran tamaño, período orbital corto, atmósfera hinchada y falta de luz contaminante de objetos cercanos en el cielo hace que WASP-96 b sea un objetivo ideal para las observaciones atmosféricas.

El 21 de junio, el espectrógrafo sin rendija y generador de imágenes de infrarrojo cercano de Webb (NIRISS) midió la luz del sistema WASP-96 durante 6,4 horas mientras el planeta se movía a través de la estrella. El resultado es una curva de luz que muestra la atenuación general de la luz de las estrellas durante el tránsito y un espectro de transmisión que revela el cambio de brillo de longitudes de onda individuales de luz infrarroja entre 0,6 y 2,8 micrones.

Si bien la curva de luz confirma las propiedades del planeta que ya se habían determinado a partir de otras observaciones (la existencia, el tamaño y la órbita del planeta), el espectro de transmisión revela detalles previamente ocultos de la atmósfera:la firma inequívoca del agua, indicaciones de neblina, y evidencia de nubes que se pensaba que no existían en base a observaciones anteriores.

Se crea un espectro de transmisión comparando la luz estelar filtrada a través de la atmósfera de un planeta a medida que se mueve a través de la estrella con la luz estelar sin filtrar detectada cuando el planeta está al lado de la estrella. Los investigadores pueden detectar y medir la abundancia de gases clave en la atmósfera de un planeta según el patrón de absorción:las ubicaciones y alturas de los picos en el gráfico. De la misma manera que las personas tienen huellas dactilares y secuencias de ADN distintivas, los átomos y las moléculas tienen patrones característicos de longitudes de onda que absorben.

El espectro de WASP-96 b capturado por NIRISS no solo es el espectro de transmisión de infrarrojo cercano más detallado de la atmósfera de un exoplaneta capturado hasta la fecha, sino que también cubre una gama notablemente amplia de longitudes de onda, incluida la luz roja visible y una parte del espectro. que no ha sido accesible previamente desde otros telescopios (longitudes de onda superiores a 1,6 micras). Esta parte del espectro es particularmente sensible al agua, así como a otras moléculas clave como el oxígeno, el metano y el dióxido de carbono, que no son inmediatamente evidentes en el espectro WASP-96 b pero que deberían ser detectables en otros exoplanetas planeados para la observación de Webb. .

Los investigadores podrán usar el espectro para medir la cantidad de vapor de agua en la atmósfera, restringir la abundancia de varios elementos como el carbono y el oxígeno, y estimar la temperatura de la atmósfera con profundidad. Luego pueden usar esta información para hacer inferencias sobre la composición general del planeta, así como sobre cómo, cuándo y dónde se formó. La línea azul en el gráfico es un modelo de mejor ajuste que tiene en cuenta los datos, las propiedades conocidas de WASP-96 b y su estrella (p. ej., tamaño, masa, temperatura) y las características supuestas de la atmósfera.

El detalle excepcional y la claridad de estas medidas es posible gracias al diseño de vanguardia de Webb. Su espejo recubierto de oro de 270 pies cuadrados recoge la luz infrarroja de manera eficiente. Sus espectrógrafos de precisión dispersan la luz en arcoíris de miles de colores infrarrojos. Y sus sensibles detectores infrarrojos miden diferencias extremadamente sutiles en el brillo. NIRISS es capaz de detectar diferencias de color de solo una milésima de micra (la diferencia entre el verde y el amarillo es de unas 50 micras) y diferencias en el brillo entre esos colores de unos pocos cientos de partes por millón.

Además, la extrema estabilidad de Webb y su ubicación orbital alrededor del Punto 2 de Lagrange, aproximadamente a un millón de millas de distancia de los efectos contaminantes de la atmósfera de la Tierra, brindan una vista ininterrumpida y datos limpios que se pueden analizar con relativa rapidez.

El espectro extraordinariamente detallado, realizado mediante el análisis simultáneo de 280 espectros individuales capturados durante la observación, proporciona solo una pista de lo que Webb tiene reservado para la investigación de exoplanetas. Durante el próximo año, los investigadores utilizarán la espectroscopia para analizar las superficies y atmósferas de varias docenas de exoplanetas, desde pequeños planetas rocosos hasta gigantes ricos en gas y hielo. Casi una cuarta parte del tiempo de observación del Ciclo 1 de Webb se asigna al estudio de exoplanetas y los materiales que los forman.

Esta observación de NIRISS demuestra que Webb tiene el poder de caracterizar las atmósferas de los exoplanetas, incluidas las de los planetas potencialmente habitables, con exquisito detalle. + Explora más

El instrumento NIRISS de Webb está listo para ver el cosmos en más de 2000 colores infrarrojos