Detectan la “señal inconfundible” de agua en un planeta a 1.150 años luz

 

El telescopio espacial James Webb de la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA) ha captado la señal inconfundible del agua, junto con evidencia de nubes y bruma, en la atmósfera que rodea un planeta gigante gaseoso, caliente e inflado, que orbita alrededor de una estrella distante parecida al Sol.

La observación, que revela la presencia de moléculas de gas específicas, y que se ha basado en la detección de pequeñas disminuciones en el brillo de colores de luz precisos, es la más detallada de su tipo hasta la fecha, demostrando la capacidad sin precedentes del Webb para analizar atmósferas a cientos de años-luz de distancia.

Si bien el telescopio espacial Hubble ha analizado numerosas atmósferas de exoplanetas en las últimas dos décadas, logrando la primera detección clara de agua en 2013, la observación inmediata y más detallada de Webb marca un gigante paso adelante en la búsqueda para caracterizar planetas potencialmente habitables más allá de la Tierra.

WASP-96 b es uno de los más de 5.000 exoplanetas (planetas de fuera de nuestro sistema solar) confirmados en la Vía Láctea. Ubicado a unos 1.150 años-luz de distancia en la constelación del Fénix en el cielo del hemisferio sur, 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 masa de Júpiter y un diámetro 1,2 veces mayor, WASP-96 b está mucho más “inflado” que cualquiera de los planeta que orbitan alrededor de nuestro Sol. Y con una temperatura de más de 500 grados centígrados, es significativamente más caliente. WASP-96 b tiene una órbita muy cercana a su estrella, que lo separa de esta por una distancia que es la novena parte de la existente entre el Sol y Mercurio, el planeta más cercano a nuestra estrella. Con su órbita, WASP-96 b completa una vuelta alrededor de su estrella una vez cada tres días y medio.

El 21 de junio, el instrumento NIRISS del Webb midió la luz del sistema WASP-96 durante 6,4 horas mientras el planeta pasaba por delante de la estrella. El resultado es una curva de luz que muestra la atenuación general de la luz estelar durante su tránsito, y un espectro de transmisión que revela el cambio en el brillo de las longitudes de onda individuales de luz infrarroja entre 0,6 y 2,8 micras.

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 pone al descubierto detalles de la atmósfera que antes habían estado ocultos: la inequívoca señal del agua, indicaciones de bruma y la evidencia de nubes que se pensaba que no existían según observaciones anteriores.

Un espectro de transmisión se hace al comparar la luz de las estrellas que es filtrada a través de la atmósfera de un planeta a medida que este se desplaza por delante de su estrella, con la luz de las estrellas sin filtrar que es detectada cuando el planeta está al lado de la estrella. Los investigadores son capaces de detectar y medir la abundancia de gases clave en la atmósfera de un planeta a partir del patrón de absorción, es decir, las ubicaciones y las alturas de los picos cuando esta información se representa en un gráfico. De la misma manera en que las personas tenemos distintas huellas dactilares y secuencias de ADN, los átomos y las moléculas tienen patrones característicos de las longitudes de onda que absorben.

El espectro de WASP-96 b que fue captado por NIRISS no solamente es el espectro de transmisión en infrarrojo cercano de la atmósfera de un exoplaneta más detallado que se haya captado hasta la fecha, sino que también cubre un rango de longitudes de onda notablemente amplio, incluyendo la luz roja visible y una porción del espectro que no ha sido accesible antes desde otros telescopios (longitudes de onda mayores de 1,6 micras). Esta parte del espectro es particularmente sensible al agua, así como a otras sustancias clave como el oxígeno, el metano y el dióxido de carbono, los cuales no son inmediatamente obvios en el espectro de WASP-96 b pero deberían ser detectables en otros exoplanetas que Webb observará.

Los investigadores podrán usar el espectro para medir la cantidad de vapor de agua en la atmósfera, concretar la abundancia de diversos elementos como el carbono y el oxígeno, y estimar la temperatura de la atmósfera en profundidad. Pueden entonces usar esta información para hacer inferencias sobre la composición general del planeta, además de cómo, cuándo y dónde se formó.

El excepcional detalle y claridad de estas mediciones es posible debido al diseño de última generación del Webb. Su espejo recubierto de oro de 25 metros cuadrados recoge la luz infrarroja de manera eficiente. Sus espectrógrafos de precisión esparcen la luz en diferentes arcoíris de miles de colores del infrarrojo. Y sus sensibles detectores del infrarrojo miden diferencias extremadamente sutiles en el brillo así como en el color.

Además, la extrema estabilidad del Webb y su ubicación orbital alrededor del punto 2 de Lagrange, a 1,5 millones de kilómetros de distancia de los efectos contaminantes de la atmósfera de la Tierra, le permiten tener una vista ininterrumpida y obtener datos limpios que se pueden analizar con relativa rapidez.

El espectro extraordinariamente detallado —hecho con el análisis simultáneo de 280 espectros individuales capturados durante la observación— ofrece apenas una indicación de lo que Webb tiene reservado para su investigación de los exoplanetas. Durante el próximo año, los investigadores utilizarán espectroscopia para analizar las superficies y las atmósferas de varias docenas de exoplanetas, desde pequeños planetas rocosos hasta gigantes ricos en gas y hielo. Casi un cuarto del tiempo de observación del ciclo 1 del Webb está dedicado a estudiar exoplanetas y los materiales que los forman.

Esta observación de NIRISS demuestra que Webb tiene la capacidad de caracterizar las atmósferas de los exoplanetas —incluyendo las de planetas potencialmente habitables— con exquisito detalle. (Fuente: NASA)

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