La primera "huella química" de tránsito de un exoplaneta revela su lugar de nacimiento distante

El exoplaneta HD 209458b atraviesa su estrella. La media luna iluminada y sus colores se han exagerado para ilustrar los espectros de luz que los astrónomos han utilizado para identificar las seis moléculas en su atmósfera. Fuente: Universidad de Warwick / Mark Garlick

Los astrónomos han encontrado evidencia de que el primer exoplaneta identificado durante el tránsito de su estrella puede haber migrado a una órbita cercana con su estrella desde su lugar de nacimiento original más lejos.

El análisis de la atmósfera del planeta realizado por el equipo, incluidos científicos de la Universidad de Warwick, identificó una huella química de un planeta que se formó mucho más lejos del Sol de lo que está hoy. Esto confirma el pensamiento anterior de que el planeta se movió a su posición actual después de su formación, a solo 7 millones de kilómetros de su Sol, o el equivalente a 1/20 de la distancia de la Tierra a nuestro Sol.

Las conclusiones fueron publicadas hoy (7 de abril) en la revista Naturaleza por un equipo internacional de astrónomos. La Universidad de Warwick ha modelado e interpretado los resultados, lo que significa que por primera vez se han medido hasta seis partículas en la atmósfera de un exoplaneta para determinar su composición.

También es la primera vez que los astrónomos han utilizado estas seis moléculas para determinar finalmente dónde se forman estos enormes y calientes planetas, gracias a la composición de sus atmósferas.

Con el advenimiento de telescopios nuevos y más poderosos que pronto estarán en la red, su técnica también puede usarse para estudiar la química de exoplanetas donde potencialmente podría existir vida.

Un estudio reciente utilizó el Telescopio Nazionale Galileo en La Palma, España, para obtener espectros de alta resolución de la atmósfera del exoplaneta HD 209458b cuando pasaba frente a su estrella anfitriona en cuatro ocasiones distintas. La luz de la estrella cambia a medida que atraviesa la atmósfera del planeta y, al analizar las diferencias en el espectro resultante, los astrónomos pueden determinar qué sustancias químicas están presentes y cuál es su abundancia.

Por primera vez, los astrónomos han podido detectar cianuro de hidrógeno, metano, amoníaco, acetileno, monóxido de carbono y pequeñas cantidades de vapor de agua en la atmósfera de HD 209458b. La abundancia inesperada de moléculas basadas en carbono (cianuro de hidrógeno, metano, acetileno y monóxido de carbono) sugiere que hay aproximadamente el mismo número de átomos de carbono en la atmósfera que de oxígeno, que es el doble de lo esperado. Esto sugiere que el planeta acumuló preferentemente gas rico en carbono durante la formación, lo que solo es posible si orbitaba mucho más lejos de su estrella cuando se formó originalmente, muy probablemente a una distancia similar a Júpiter o Saturno en nuestro sistema solar.

El Dr. Siddharth Gandhi, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo: “Las sustancias químicas clave son las especies de carbono y nitrógeno. Si estas especies están al nivel que detectamos, significa que la atmósfera está enriquecida con carbono en comparación con el oxígeno. Usamos estos seis productos químicos por primera vez para determinar en qué parte del disco protoplanetario podría haberse formado originalmente.

“No hay forma de que un planeta tenga una atmósfera tan rica en carbono si estuviera en la línea de condensación. A la temperatura muy alta de este planeta (1500 K), si la atmósfera contiene todos los elementos en la misma proporción que la estrella madre, el oxígeno debería ser dos veces más grande que el carbono y en su mayor parte unido al hidrógeno para formar agua o carbono para formar carbono. monóxido. Nuestro descubrimiento completamente diferente está en línea con el entendimiento actual de que Júpiter calientes como HD 209458b surgieron lejos de su ubicación actual «.

Utilizando modelos de formación de planetas, los astrónomos compararon la huella química de HD 209458b con lo que esperarían de un planeta de este tipo.

El sistema solar comienza su vida como un disco de material que rodea a una estrella que se acumula para formar los núcleos sólidos de los planetas que luego acumulan material gaseoso para formar una atmósfera. Cerca de la estrella, donde hace más calor, gran parte del oxígeno permanece en la atmósfera en forma de vapor de agua. Además, a medida que se enfría, esta agua se condensa para convertirse en hielo y queda atrapada en el núcleo del planeta, dejando una atmósfera más compuesta por moléculas basadas en carbono y nitrógeno. Por lo tanto, se espera que los planetas que orbitan cerca del Sol tengan atmósferas ricas en oxígeno, no en carbono.

HD 209458b fue el primer exoplaneta identificado por el método de tránsito, observándolo mientras pasaba frente a su estrella. Ha sido objeto de mucha investigación, pero es la primera vez que se han medido seis moléculas individuales en su atmósfera para crear una «huella química» detallada.

El Dr. Matteo Brogi del equipo de la Universidad de Warwick agrega: “Al aumentar la escala de estas observaciones, podremos determinar qué clases de planetas tenemos en términos de dónde se originaron y evolución temprana. Es realmente importante que no trabajemos en la suposición de que solo hay unas pocas especies moleculares que son importantes para determinar los espectros de estos planetas, como se ha hecho a menudo antes. Detectar tantas moléculas como sea posible es útil cuando pasamos a probar esta técnica en planetas donde las condiciones son favorables para la vida, ya que necesitaremos una cartera completa de especies químicas que podamos detectar ».

Paolo Giacobbe, investigador del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) y autor principal del artículo, dijo: «Si este descubrimiento fuera una novela, comenzaría con» Al principio solo había agua … «porque la vasta La mayoría de las inferencias sobre atmósferas de exoplanetas a partir de observaciones en el infrarrojo cercano se basan en la presencia (o ausencia) de vapor de agua que domina esta región espectral. Nos preguntamos: ¿es realmente posible que todas las demás especies esperadas de la teoría no dejaran ningún rastro mensurable? Descubrir que, gracias a nuestros esfuerzos por mejorar las técnicas analíticas, se pueden detectar, abre nuevos horizontes para la exploración ”.

Proporcionado por la Universidad de Warwick

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