Nuevo método para revelar las atmósferas de exoplanetas

Los mundos lejanos son ahora un poco menos extraños. Los astrónomos han obtenido la visión más detallada hasta ahora de la atmósfera de un planeta fuera del sistema solar.

El estudio está entre los primeros en analizar directamente la composición química de un exoplaneta. En el pasado, los astrónomos deducían la existencia de exoplanetas y sus gases en busca de cambios sutiles en la transmisión de la luz de la estrella del planeta. Ahora, con mejores instrumentos, un equipo dirigido por Quinn Kanopacky de la Universidad de Toronto ha detectado luz que viene directamente de un planeta a años luz de distancia.

“Imaginé que tendríamos que esperar 10 años para conseguir estos datos”, dice Jonathan Fortney, científico planetario de la Universidad de California, Santa Cruz. Los datos tienen una resolución lo suficientemente alta como para revelar no sólo la presencia sino la abundancia de monóxido de carbono y agua en la atmósfera del planeta, informó el equipo en Science. Dicha información podría arrojar luz sobre cómo se formó el planeta. Estudios similares podrían revelar la presencia de vida en un planeta distante, pero el tamaño de este planeta y su órbita ya la han descartado como un mundo habitable.

“Este es el comienzo de una nueva era en el estudio de exoplanetas”, dice Sara Seager, astrofísica del MIT.

En 2008, Christian Marois del Dominion Astrophysical Observatory en Victoria, Columbia Británica, y sus colegas tomaron la primera imagen de un sistema multiplanetario fuera del sistema solar, que mostraba tres gigantes gaseosos que orbitan alrededor de la estrella HR 8799. Esta estrella se localiza a unos 130 años luz de la Tierra, en la constelación de Pegaso. Los planetas son muy cálidos, lo que los hace lo suficientemente brillantes como para que los astrónomos puedan detectarlos directamente. En 2010, los investigadores encontraron un cuarto planeta alrededor de HR 8799

En el nuevo estudio, Konopacky, Marois y sus colegas se centraron en uno de estos planetas, HR 8799c. De cinco a 10 veces más masivo que Júpiter, HR 8799c se encuentra ocho veces más lejos de su estrella que Júpiter del sol. Debido a esa gran distancia, los astrónomos pudieron bloquear la luz de la estrella y la luz infrarroja usando el telescopio Keck II de 10 metros  en Hawai. Debido a los diferentes gases que absorben y emiten luz de manera distinta, el equipo pudo identificar monóxido de carbono y agua, pero no encontró metano, que los científicos habían pensado pudiera estar presente.

En otro estudio reciente, publicado online en arxiv y aceptado para su publicación en la revista Astrophysical Journal , los investigadores recogieron simultáneamente la luz infrarroja de las atmósferas de los cuatro planetas que orbitan HR 8799 usando el telescopio Hale de 200 pulgadas de Monte Palomar del Observatorio de Caltech. Un equipo dirigido por Ben Oppenheimer, astrofísico  del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York, encontró indicios de amoníaco, dióxido de carbono, metano y acetileno en las atmósferas de los planetas. La química de cada planeta varía, dice Oppenheimer. “Y aún más son diferentes de cualquier cosa en nuestro propio sistema solar.”

Aunque los equipos miraron diferentes longitudes de onda de la luz, que recogen los diferentes tipos de moléculas, los dos estudios parecen coherentes, sentencia Oppenheimer.

Pero mirando a un solo planeta, el equipo de Konopacky obtuvo datos más detallados que permitieron a los investigadores tener una idea de la cantidad de carbono y oxígeno presente en la atmósfera es de HR 8799c.

Conocer la proporción de carbono y oxígeno en la atmósfera puede revelar cómo se formó el planeta, dice Konopacky. Los astrónomos tienen dos teorías de cómo los planetas surgen del disco de gas y polvo que rodea a una estrella joven. En el modelo de inestabilidad gravitacional, algunos de los gases y el polvo de repente forma grumos y se derrumba, creando, al mismo tiempo, el núcleo del planeta y su atmósfera. En este escenario, la composición química de un planeta debe coincidir con la de su estrella.

En el otro modelo, conocido como acreción del núcleo, el planeta se forma en un proceso de dos pasos. En primer lugar, el material del disco se acumula en un núcleo. Más tarde, el núcleo captura gases arremolinados en el disco para formar una atmósfera. En este caso, la proporción de carbono-oxígeno del planeta puede diferir de la estrella debido a que la acreción de núcleos puede agotar ciertos elementos en el disco, alterando la sopa química de la atmósfera, que más tarde se pueda formar.

En comparación con su estrella, HR 8799c parece tener un poco más de carbono con respecto a oxígeno, lo que sugiere que el planeta se originó a través de acreción del núcleo. Konopacky y sus colegas suponen que cuando el disco alrededor de HR 8799 se formó, el agua se congeló en partículas de hielo. Los trozos de hielo chocaron para formar el núcleo del planeta, dejando tras de sí poco vapor de agua, y por lo tanto menos oxígeno, cuando el planeta acumuló un ambiente más adelante.

Otros investigadores no están convencidos de esta conclusión. “No entiendo muy bien la formación planetaria lo suficiente para hacer una prueba poderosa este caso, de cualquier manera”, dice Fortney. Pero los datos de los dos estudios nuevos pueden ayudar a los astrónomos a refinar sus simulaciones de formación planetaria, añade Oppenheimer.

Hasta ahora, los astrónomos han fotografiado directamente planetas en torno a tres estrellas distantes, dice Seager, pero los investigadores están a punto de capturar la luz de muchos más planetas. Por ejemplo, Oppenheimer y sus colegas son parte del Proyecto 1640, que está en busca de planetas del tamaño de Júpiter alrededor de unas 200 estrellas. A finales de este año, el Gemini Planet Imager, un instrumento que será montado en un telescopio en Chile, comenzará una tarea similar, buscando en unas 600 estrellas.

Con el tiempo, los telescopios similares podrán capturar la imagen de más pequeños mundos rocosos, dice el científico exoplanetario Mark Swain, del Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California “En última instancia, con mejores instrumentos, seremos capaves de utilizar estos métodos en planetas similares a la Tierra”.

Autor: Eryn Wayman

Enlace original: Distant planets’ atmospheres revealed