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Webb mide la temperatura de un exoplaneta rocoso
Un equipo internacional de investigadores ha utilizado el telescopio espacial James Webb de la NASA para medir la temperatura del exoplaneta rocoso TRAPPIST-1 b.
Esta gráfica compara la temperatura del lado diurno de TRAPPIST-1 b medida con el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de Webb contra modelos informáticos de la que sería la temperatura en diversas condiciones. Ilustración: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI)
La medición se basa en la emisión térmica del planeta, esto es, la energía térmica emitida en forma de luz infrarroja detectada por el instrumento de infrarrojo medio (MIRI, por sus siglas en inglés) de Webb.
El resultado indica que el lado diurno del planeta tiene una temperatura de unos 500 kelvins (alrededor de 230 grados Celsius o 450 grados Fahrenheit) y sugiere que no tiene una atmósfera significativa.
Esta es la primera detección de cualquier forma de luz emitida por un exoplaneta tan pequeño y tan frío como los planetas rocosos de nuestro propio sistema solar. El resultado marca un paso importante para determinar si los planetas que se mueven en órbita alrededor de pequeñas estrellas activas como TRAPPIST-1 pueden mantener atmósferas necesarias para sustentar la vida.
“Estas observaciones aprovechan muy bien la capacidad del infrarrojo medio de Webb”, dijo Thomas Greene, astrofísico del Centro de Investigación Ames de la NASA y autor principal del estudio.
A principios de 2017, los astrónomos informaron acerca del descubrimiento de siete planetas rocosos que están en órbita alrededor de una estrella enana roja ultrafría (o enana M) situada a 40 años luz de distancia de la Tierra.
Lo que es notable acerca de los planetas es su similitud en tamaño y masa con los planetas rocosos internos de nuestro propio sistema solar. Aunque todos ellos orbitan mucho más cerca de su estrella de lo que cualquiera de nuestros planetas orbita alrededor del Sol —todos podrían caber cómodamente dentro de la órbita de Mercurio—, reciben de su pequeña estrella cantidades comparables de energía.
TRAPPIST-1 b, el planeta más interno, tiene una distancia orbital de cerca de una centésima parte de la de la Tierra y recibe aproximadamente cuatro veces la cantidad de energía que la Tierra obtiene del Sol.
Aunque no se encuentra dentro de la zona habitable del sistema, las observaciones del planeta pueden proporcionar información importante sobre sus planetas hermanos, así como de otros sistemas de enanas M.
“Hay diez veces más de estas estrellas en la Vía Láctea que estrellas como el Sol, y tienen el doble de probabilidades de tener planetas rocosos que estrellas como el Sol”, explicó Greene. “Pero también son muy activas: son muy brillantes cuando son jóvenes y emiten fulguraciones y rayos X que pueden destruir una atmósfera”.
La coautora Elsa Ducrot, de la Comisión Francesa de Energía Atómica y Energías Alternativas (CEA) en Francia, quien formó parte del equipo que llevó a cabo estudios anteriores del sistema TRAPPIST-1, agregó: “Es más fácil caracterizar planetas terrestres que se mueven en órbita alrededor de estrellas más pequeñas y frías. Si queremos entender la habitabilidad que hay en torno a las estrellas tipo M, el sistema TRAPPIST-1 es un gran laboratorio. Estos son los mejores objetivos que tenemos para observar las atmósferas de los planetas rocosos”.
Las observaciones anteriores de TRAPPIST-1 b con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer no encontraron evidencia de una atmósfera inflada, pero no pudieron descartar una atmósfera densa.
Una forma de reducir la incertidumbre es medir la temperatura del planeta. “Este planeta está bloqueado por las mareas, con un lado que mira hacia la estrella en todo momento y el otro en oscuridad permanente”, dijo Pierre-Olivier Lagage de CEA, quien es coautor del artículo.
“Si posee una atmósfera para circular y redistribuir el calor, el lado diurno será más fresco que si no hubiera atmósfera”.
El equipo utilizó una técnica llamada fotometría de eclipse secundario, en la que MIRI midió el cambio en el brillo del sistema a medida que el planeta se desplazaba detrás de la estrella.
Aunque TRAPPIST-1 b no es lo suficientemente caliente como para emitir su propia luz visible, tiene un resplandor infrarrojo.
Al restar el brillo propio de la estrella (durante el eclipse secundario) del brillo combinado de la estrella y el planeta, pudieron calcular con éxito cuánta luz infrarroja emite el planeta.
La detección de Webb de un eclipse secundario es en sí misma un hito importante. La estrella observada es más de 1.000 veces más brillante que el planeta, y el cambio en el brillo es inferior al 0,1%.
El equipo analizó los datos de cinco observaciones separadas de eclipses secundarios.
“Comparamos los resultados con modelos informáticos que mostraban cuál debería ser la temperatura en diferentes escenarios”, explicó Ducrot.
“Los resultados son casi perfectamente consistentes con un cuerpo negro hecho de roca desnuda y sin atmósfera que haga circular el calor. Tampoco vimos ninguna señal de que la luz fuera absorbida por el dióxido de carbono, lo que sería evidente en estas mediciones”.
Actualmente están en curso observaciones adicionales de eclipses secundarios de TRAPPIST-1 b y, ahora que sabe lo buenos que pueden ser los datos, el equipo espera captar más adelante una curva de fase completa que muestre el cambio en el brillo a lo largo de toda la órbita.
Esto les permitirá ver cómo cambia la temperatura del lado diurno al lado nocturno y confirmar si el planeta tiene atmósfera o no. (NASA)
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