El concepto de este artista muestra cómo se vería el exoplaneta rocoso caliente TRAPPIST-1 c basado en este trabajo. TRAPPIST-1 c, el segundo de los siete planetas conocidos en el sistema TRAPPIST-1, orbita su estrella a una distancia de 0,016 AU (alrededor de 1,5 millones de millas), completando una órbita en solo 2,42 días terrestres. TRAPPIST-1 c es un poco más grande que la Tierra pero tiene aproximadamente la misma densidad, lo que indica que debe tener una composición rocosa. La medición de Webb de la luz infrarroja media de 15 micrones emitida por TRAPPIST-1c sugiere que el planeta tiene una superficie rocosa y desnuda o una atmósfera de dióxido de carbono muy delgada. En el fondo está TRAPPIST-1 b, el planeta más interior del sistema TRAPPIST-1. TRAPPIST-1 b también es rocoso y parece no tener una atmósfera significativa. La estrella TRAPPIST-1 es una enana roja ultrafría (enana M) con una temperatura de solo 2550 Kelvin (unos 4150 grados Fahrenheit) y una masa de solo 0,09 masas solares. Esta ilustración se basa en nuevos datos recopilados por el instrumento Webb Mid-Infrared (MIRI), así como en observaciones anteriores de otros telescopios terrestres y espaciales. Webb no tomó ninguna fotografía del planeta. Crédito: Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI); Investigación: Sebastian Zięba (MPI-A), Laura Kreidberg (MPI-A)
Las mediciones infrarrojas de TRAPPIST-1c indican que probablemente no sea tan similar a Venus como se pensaba.
El Telescopio Espacial James Webb de la NASA ha medido con éxito el calor emitido por TRAPPIST-1 c, un exoplaneta que orbita una estrella enana roja a 40 años luz de la Tierra. Con una temperatura diaria de alrededor de 225 grados Fahrenheit, es el planeta rocoso más frío jamás caracterizado por este método.
Desafortunadamente para aquellos que esperan que el sistema TRAPPIST-1 sea un verdadero equivalente al nuestro, los resultados son algo decepcionantes. Aunque TRAPPIST-1 c tiene aproximadamente el mismo tamaño y masa que Venus y recibe la misma cantidad de radiación de su estrella, parece poco probable que tenga la misma atmósfera densa de dióxido de carbono. Esto indica que el planeta, y posiblemente todo el sistema, podría haberse formado con muy poca agua. El resultado es el último avance en la búsqueda de determinar si las atmósferas planetarias pueden sobrevivir al entorno violento de una enana roja.
Un equipo internacional de científicos utilizó el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para calcular la cantidad de energía térmica proveniente del exoplaneta rocoso TRAPPIST-1 C. El resultado sugiere que la atmósfera del planeta, si es que existe, es extremadamente delgada.
Con una temperatura diaria de alrededor de 380 Kelvin (alrededor de 225 grados Fahrenheit), TRAPPIST-1 c es actualmente el exoplaneta rocoso más frío jamás caracterizado por emisión térmica. La precisión requerida para estas mediciones demuestra aún más la utilidad de Webb para caracterizar exoplanetas rocosos similares en tamaño y temperatura a los de nuestro sistema solar.
El resultado es otro paso para determinar si los planetas que orbitan pequeñas enanas rojas como TRAPPIST-1, el tipo de estrella más común de la galaxia, pueden sostener la atmósfera necesaria para sustentar la vida tal como la conocemos.
“Queremos saber si los planetas rocosos tienen atmósfera o no”, dijo Sebastian Zieba, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania y primer autor de los resultados publicados hoy en Naturaleza. “En el pasado, solo podíamos estudiar planetas con atmósferas densas y ricas en hidrógeno. Gracias a Webb, finalmente podemos comenzar a buscar atmósferas dominadas por oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono”.
“TRAPPIST-1c es interesante porque es esencialmente un gemelo de Venus: tiene aproximadamente el mismo tamaño que Venus y recibe una cantidad similar de radiación de su estrella madre que Venus del Sol”, explica la coautora Laura Kreidberg, también con Max Planck. “Pensamos que podría tener una atmósfera espesa de dióxido de carbono como Venus”.
TRAPPIST-1 c es uno de los siete planetas rocosos que orbitan una enana roja ultrafría (o enana M) a 40 años luz de la Tierra. Aunque los planetas son similares en tamaño y masa a los planetas rocosos interiores de nuestro sistema solar, no está claro si realmente tienen atmósferas similares. Durante los primeros mil millones de años de sus vidas, las enanas M emiten rayos X brillantes y radiación ultravioleta que fácilmente pueden eliminar una atmósfera planetaria joven. Además, puede haber o no haber suficiente agua, dióxido de carbono y otros volátiles durante la formación del planeta para crear una atmósfera significativa.
Para responder a estas preguntas, el equipo utilizó MIRI (Instrumento de infrarrojo medio de Webb) para observar el sistema TRAPPIST-1 en cuatro ocasiones distintas cuando el planeta siguió a la estrella, un fenómeno conocido como eclipse secundario. Al comparar el brillo cuando el planeta está detrás de la estrella (solo la luz de la estrella) con el brillo cuando el planeta está al lado de la estrella (luz de la estrella y del planeta combinadas), el equipo pudo calcular la cantidad de luz infrarroja media de 15 micrones. emitido por el lado diurno.planetas.
Este método es el mismo que utilizó otro equipo de investigación para determinar que TRAPPIST-1 b, el planeta más interno del sistema, probablemente no tenga atmósfera.
La cantidad de luz infrarroja media emitida por un planeta está directamente relacionada con su temperatura, que a su vez está influenciada por la atmósfera. El gas de dióxido de carbono absorbe preferentemente la luz a 15 micrones, lo que hace que el planeta parezca más oscuro en esa longitud de onda. Sin embargo, las nubes pueden reflejar la luz, haciendo que el planeta parezca más brillante y enmascarando la presencia de dióxido de carbono.
Además, una atmósfera sustancial de cualquier composición redistribuirá el calor del lado diurno al lado nocturno, lo que hará que la temperatura en el lado diurno sea más baja que sin atmósfera. (Debido a que TRAPPIST-1c orbita tan cerca de su estrella, alrededor de 1/50 de la distancia entre Venus y el Sol, se cree que está bloqueada por mareas, por un lado con luz diurna perpetua y por el otro en oscuridad infinita).
Si bien estas mediciones preliminares no brindan información definitiva sobre la naturaleza de TRAPPIST-1c, ayudan a reducir las posibles posibilidades. “Nuestros resultados son consistentes con que el planeta sea una roca desnuda sin atmósfera, o un planeta con una atmósfera de CO2 realmente delgada (más delgada que en la Tierra o incluso en Marte) sin nubes”, dijo Zięba. “Si el planeta tuviera una atmósfera densa de CO2, veríamos un eclipse secundario muy poco profundo o ninguno. Esto se debe a que el CO2 absorbería toda la luz de 15 micrones, por lo que no detectaríamos nada del planeta”.
Los datos también muestran que es poco probable que el planeta sea un verdadero análogo de Venus con una atmósfera espesa de CO2 y nubes de ácido sulfúrico.
La falta de una atmósfera espesa sugiere que el planeta se pudo haber formado con relativamente poca agua. Si los planetas TRAPPIST-1, más fríos y templados, se formaron en condiciones similares, también podrían haber comenzado con poca agua y otros nutrientes necesarios para que el planeta fuera habitable.
La sensibilidad requerida para distinguir entre diferentes escenarios atmosféricos en un planeta tan pequeño y remoto es verdaderamente notable. La caída en el brillo que Webb detectó durante el eclipse secundario fue de solo 0.04 por ciento: el equivalente a mirar una pantalla con 10,000 bombillas diminutas y notar que solo cuatro se apagaron.
“Es increíble que podamos medir esto”, dijo Kreidberg. “Ha habido preguntas durante décadas sobre si los planetas rocosos pueden soportar una atmósfera. La habilidad de Webb realmente nos pone en un régimen en el que podemos comenzar a comparar los sistemas de exoplanetas con nuestro propio sistema solar de una manera que nunca antes habíamos hecho”.
Esta investigación se realizó como parte del programa General Observers (GO) 2304 de Webb, que es uno de los ocho programas de primer año de Webb diseñados para ayudar a caracterizar completamente el sistema TRAPPIST-1. El próximo año, los científicos llevarán a cabo más estudios para observar las órbitas completas de TRAPPIST-1 b y TRAPPIST-1 c. Esto nos permitirá ver cómo cambian las temperaturas del día a la noche de ambos planetas y proporcionará más restricciones en si tienen una atmósfera o no. .
El estudio fue publicado en Naturaleza.