Figura 1: Comparación de nuestro Sistema Solar (arriba) y el sistema planetario WASP-33 (abajo). Las distancias de los planetas del sistema solar no están escaladas. WASP-33b está mucho más cerca de su estrella anfitriona que Mercurio del Sol; tiene una temperatura alta de 2.500 grados centígrados debido a la radiación extrema de la estrella anfitriona. Un lado de WASP-33b está constantemente frente a su estrella anfitriona, al igual que el mismo lado de la Luna siempre está frente a la Tierra. Crédito: WP, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons (arriba), Centro de Astrobiología (abajo))
Una colaboración internacional de astrónomos dirigida por un científico del Centro de Astrobiología y la Queen’s University de Belfast ha detectado una nueva firma química en la atmósfera de un planeta extrasolar: un planeta que orbita alrededor de una estrella distinta de nuestro sol. El radical hidroxilo (OH) se encontró en el lado diurno del exoplaneta WASP-33b. Este planeta es el llamado “Júpiter ultracaliente”, un gigante gaseoso que orbita su estrella mucho más cerca que Mercurio orbitando el sol (Figura 1), alcanzando así una temperatura atmosférica de más de 2500 grados C (lo suficientemente caliente como para derretir la mayoría de los metales). El Centro de Astrobiología y la Queen’s University de Belfast, el Dr. Stevanus Nugroho, dice: “Esta es la primera evidencia directa de la presencia de OH en la atmósfera de un planeta fuera del sistema solar. Muestra no solo que los astrónomos pueden detectar esta partícula en las atmósferas de exoplanetas, sino también que pueden comenzar a comprender la química detallada de esta población planetaria. ”
En la atmósfera de la Tierra, el OH se forma principalmente por la reacción del vapor de agua con el oxígeno atómico. Es un llamado “detergente atmosférico” y desempeña un papel clave en la atmósfera de la Tierra, eliminando gases potencialmente mortales (por ejemplo, metano, monóxido de carbono). En un planeta mucho más grande y cálido como WASP-33b (Figura 2, donde los astrónomos detectaron previamente signos de óxido de hierro y titanio), el OH juega un papel clave en la determinación de la composición química de la atmósfera al interactuar con el vapor de agua y el monóxido de carbono. Se cree que la mayor parte del OH en la atmósfera de WASP-33b se produjo por la destrucción del vapor de agua como resultado de una temperatura extremadamente alta. “En nuestros datos, solo vemos una señal débil e incierta del vapor de agua que respaldaría la tesis de que el agua se está destruyendo para formar hidroxilo en este ambiente extremo”, explica el coautor del Dr. Ernst de Mooij de la Queen’s University de Belfast. de El estudio.
Para hacer este descubrimiento, el equipo utilizó el instrumento Doppler infrarrojo (IRD) en el telescopio Subaru de 8,2 metros en la cima de Maunakea en Hawai (aproximadamente a 4.200 metros sobre el nivel del mar). Este nuevo instrumento puede detectar átomos y moléculas a través de sus ‘huellas digitales espectrales’, conjuntos únicos de características de absorción oscura superpuestas a un arco iris de colores (o espectro) emitido por estrellas y planetas. Cuando un planeta orbita alrededor de su estrella anfitriona, su velocidad es relativa a la Tierra y fluctúa con el tiempo. Al igual que la sirena de una ambulancia o el rugido del motor de un coche de carreras parece cambiar de tono cuando pasa junto a nosotros, las frecuencias de luz (es decir, el color) de estas huellas digitales espectrales cambian con la velocidad del planeta. su brillante estrella anfitriona que normalmente abrumaría tales observaciones, aunque los telescopios modernos no son lo suficientemente poderosos para tomar fotografías directas de tales exoplanetas de “Júpiter caliente”.
Figura 2: Impresión artística del exoplaneta WASP-33b “Júpiter ultracaliente”. Fuente: Centro de Astrobiología
“La ciencia de los planetas extrasolares es relativamente nueva y un objetivo clave de la astronomía moderna es estudiar las atmósferas de estos planetas en detalle y, en última instancia, encontrar exoplanetas similares a la Tierra, planetas similares al nuestro. Cada nueva especie atmosférica descubierta mejora aún más nuestra comprensión de los exoplanetas y las técnicas necesarias para estudiar su atmósfera, y nos acerca a ese objetivo ”, dijo el Dr. Neale Gibson, profesor asistente en el Trinity College de Dublín y coautor del estudio. Gracias a las capacidades únicas del IRD, los astrónomos pudieron detectar una pequeña señal de hidroxilo en la atmósfera del planeta. “El IRD es el mejor instrumento para estudiar la atmósfera de un exoplaneta en luz infrarroja” – añade el prof. Motohide Tamura, uno de los investigadores principales del IRD, director del Centro de Astrobiología y coautor de este trabajo.
“Estas técnicas para la caracterización atmosférica de exoplanetas todavía se aplican solo a planetas muy calientes, pero nos gustaría desarrollar más instrumentos y técnicas que nos permitirán aplicar estos métodos a planetas más fríos y, en última instancia, a la segunda Tierra”, dice el Dr. Hajime Kawahara, profesor asistente de la Universidad de Tokio y coautor de este trabajo.
Profe. Chris Watson (QUB) de la Queen’s University Belfast, coautor de este estudio, continúa: “Si bien WASP-33b puede ser un planeta gigante, estas observaciones son un campo de pruebas para objetos de próxima generación como el telescopio de treinta metros y el Telescopio Europeo Extremadamente Grande en busca de biofirmas a menor escala y mundos potencialmente rocosos, que pueden proporcionar pistas para una de las preguntas más antiguas de la humanidad: “¿Estamos solos?”
Estos resultados fueron publicados en Cartas de revistas astrofísicas 23 de marzo de 2021
Presentado por Subaru Telescope