El equipo obtuvo el espectro de emisión térmica de WASP-18 b midiendo la cantidad de luz que emite en el rango de longitud de onda NIRISS SOSS de 0,85 – 2,8 micras del Telescopio Webb, capturando el 65% de la energía total emitida por el planeta. WASP-18 b está tan caliente en el lado diurno de este planeta bloqueado por mareas que las moléculas de agua se evaporarían. Webb observó directamente el vapor de agua en el planeta, incluso en cantidades relativamente pequeñas, lo que indica la sensibilidad del observatorio. Crédito: NASA/JPL-Caltech (R. Hurt/IPAC)
A 400 años luz de distancia, hay algo tan tentador que los astrónomos lo han estado estudiando desde su descubrimiento en 2009. WASP-18 b tarda solo 23 horas en completar una órbita alrededor de su estrella, que es un poco más grande que nuestro Sol. No existe tal cosa en nuestro sistema solar.
Un nuevo estudio dirigido por el Dr. Université de Montréal. estudiante Louis-Philippe Coulombe sobre este exoplaneta, un gigante de gas ultracaliente 10 veces más masivo que Júpiter, tiene muchas sorpresas basadas en nuevos datos del instrumento NIRISS de Canadá en el Telescopio Espacial James Webb (JWST).
Mapeo de un exoplaneta
Un equipo internacional de astrónomos identificó vapor de agua en la atmósfera del exoplaneta WASP-18 b y cartografió la temperatura del planeta mientras se deslizaba más allá de su estrella y reapareció. Este evento se conoce como eclipse secundario. Los científicos pueden leer la luz combinada de la estrella y el planeta, y luego refinar las mediciones solo de la estrella a medida que el planeta pasa por ella.
El mismo lado, conocido como el lado diurno, WASP-18 b siempre mira hacia su estrella, al igual que el mismo lado de la Luna siempre mira hacia la Tierra. Esto se llama bloqueo de marea. Un mapa de la temperatura o el brillo de un exoplaneta muestra un gran cambio de temperatura, de hasta 1000 grados, desde el punto más caliente que mira hacia la estrella hasta el terminador, donde los lados diurno y nocturno del planeta conectado por mareas se encuentran en un crepúsculo perpetuo.
“JWST nos da la sensibilidad para crear mapas mucho más detallados de gigantes calientes como WASP-18 b que nunca antes. Esta es la primera vez que se mapea un planeta con JWST, y es realmente emocionante ver que algunos de nuestros modelos predichos, como la fuerte caída de la temperatura desde el punto del planeta que mira directamente a la estrella, son realmente visibles en los datos”, dijo Megan Mansfield, becaria de Sagan en la Universidad de Arizona y una de las autoras del artículo que describe los resultados.
El equipo cartografió los gradientes de temperatura en el lado diurno del planeta. Dado lo mucho más frío que es el planeta Terminator, es probable que algo esté impidiendo que los vientos redistribuyan el calor hacia el lado nocturno de manera eficiente. Pero lo que afecta a los vientos sigue siendo un misterio.
“El mapa de brillo WASP-18 b no muestra vientos este-oeste, lo que se representa mejor con modelos con resistencia atmosférica. Una posible explicación es que este planeta tiene un fuerte campo magnético, lo que sería un descubrimiento emocionante”, dijo el coautor del estudio. – por Ryan Challenger de la Universidad de Michigan.
Esta infografía explica cómo los astrónomos utilizan los tránsitos y eclipses de exoplanetas para aprender más sobre estos mundos distantes. Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Herido
Una interpretación del mapa del eclipse es que los efectos magnéticos hacen que los vientos soplen desde el ecuador del planeta hacia arriba sobre el polo norte y hacia abajo sobre el polo sur, en lugar de este a oeste como cabría esperar.
Los científicos registraron cambios de temperatura a diferentes alturas de la atmósfera del gigante gaseoso. Vieron que la temperatura aumentaba con la altitud, variando en cientos de grados.
Rastros de vapor
El espectro de la atmósfera del planeta muestra claramente muchos elementos de agua pequeños pero medidos con precisión, presentes a pesar de las temperaturas extremas de casi 2.700 grados centígrados. Hace tanto calor que rompería la mayoría de las moléculas de agua, por lo que verlo todavía muestra la notable sensibilidad de Webb para detectar el agua restante. Las cantidades registradas en la atmósfera de WASP-18 b indican la presencia de vapor de agua a diferentes altitudes
“Fue una gran sensación mirar el espectro de JWST WASP-18 por primera vez y ver la firma del agua sutil pero medida con precisión”, dijo el Dr. Louis-Philippe Coulombe. estudiante de la Université de Montréal, miembro del Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) y autor principal del artículo WASP-18b.
“Usando este tipo de medidas, podremos detectar este tipo de partículas para una amplia gama de planetas en los próximos años”, agregó Björn Benneke, profesor de la UdeM, miembro de iREx y coautor del artículo. Benneke es el médico de Coulombe. asesor y ha liderado un esfuerzo mundial para estudiar WASP-18b desde 2016.
WASP-18 b, visto en esta ilustración artística, es un exoplaneta gigante gaseoso 10 veces más masivo que Júpiter que orbita su estrella en solo 23 horas. Los científicos han utilizado el instrumento NIRISS en el Telescopio Espacial James Webb para estudiar un planeta que se mueve detrás de su estrella. Las temperaturas allí alcanzan los 2700 grados centígrados. Crédito: NASA/JPL-Caltech/K. Miller/IPAC
El trabajo del instrumento NIRISS y los científicos en ciernes
El equipo de astrónomos observó WASP-18 b durante unas seis horas con uno de los instrumentos de Webb, NIRISS, proporcionado por la Agencia Espacial Canadiense y varios socios, entre ellos la Universidad de Montreal e iREx.
“Debido a que las características del agua en este espectro son tan sutiles, fue difícil identificarlas en observaciones anteriores. Esto hizo que fuera realmente emocionante ver finalmente las características del agua con estas observaciones del JWST”, dijo Anjali Piette, investigadora postdoctoral en la Carnegie Institution for Science y una de las autoras del nuevo estudio.
Las observaciones de WASP-18 b se recopilaron como parte del Programa científico de liberación temprana de la comunidad de exoplanetas en tránsito dirigido por Natalie Batalha, astrónoma de la Universidad de California, Santa Cruz, quien ayudó a coordinar la nueva investigación y más de cien investigadores en el equipo. Gran parte de este trabajo innovador lo realizan científicos principiantes como Coulombe, Challenger, Piette y Mansfield.
La proximidad, tanto a su estrella como a nosotros, convirtió a WASP-18 b en un objetivo tan intrigante para estos científicos, al igual que su gran masa. WASP-18 b es uno de los mundos más masivos cuya atmósfera podemos estudiar. Los astrónomos están tratando de entender cómo se forman esos planetas y cómo se encuentran en sus sistemas. Esto también tiene algunas respuestas tempranas de Webb.
“Al analizar el espectro de WASP-18 b, no solo aprendemos sobre las diferentes moléculas que se pueden encontrar en su atmósfera, sino también cómo se formó. Según nuestras observaciones, la composición de WASP-18 b es muy similar a la de su estrella, lo que significa que probablemente se formó a partir de restos de gas que estaban presentes justo después del nacimiento de la estrella”, dijo Coulombe. “Estos resultados son muy valiosos para obtener una imagen clara de cómo se forman los planetas extraños como WASP-18 b, que no tienen equivalente en nuestro sistema solar”.
El papel aparece en Naturaleza.
Proporcionado por la Universidad de Montreal