Utilizando el MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) a bordo del Telescopio Espacial James Webb (JWST), un equipo internacional dirigido por el ex estudiante de doctorado del MPIA (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania), Sebastian Ziba (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, MPIA, Cambridge, Cambridge, Director de EE. UU.). (Investigador principal), investigó la composición de la superficie del exoplaneta rocoso LHS 3844b. Más allá del estudio de las atmósferas, este trabajo se centra en la geología de los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas, proporcionando una visión más profunda de su naturaleza. Los resultados se publican en la revista. Naturaleza Astronomía.
LHS 3844 b es un mundo rocoso de aproximadamente el 30% del tamaño de la Tierra que orbita una estrella enana roja fría en solo 11 horas. Orbita muy cerca de su estrella, a unos tres diámetros estelares sobre la superficie. El planeta está bloqueado por mareas, lo que significa que un lado mira permanentemente a la estrella y el otro está en la oscuridad. Las temperaturas medias diurnas alcanzan unos 1000 Kelvin (unos 725 °C o 1340 °F). El sistema está relativamente cerca de la Tierra a una distancia de 48,5 años luz (14,9 pársecs).
“Gracias a la asombrosa sensibilidad del JWST, podemos detectar la luz que proviene directamente de la superficie de este distante planeta rocoso. Vemos una roca oscura, caliente y estéril sin atmósfera”, dijo Laura Kreidberg, MPIA.
Su apariencia oscura sugiere que puede parecerse a una versión ampliada de la Luna o Mercurio. Esta conclusión surgió del análisis de la radiación infrarroja emitida por el lado cálido del planeta. Los científicos no pueden fotografiar planetas directamente. En cambio, miden cambios sutiles en el brillo de la luz combinada de las estrellas y los planetas en órbita a medida que se mueve.
MIRI examinó las emisiones infrarrojas entre 5 y 12 micrómetros dividiendo la luz en intervalos de longitud de onda más pequeños y midiendo la intensidad en cada uno. Este proceso crea un espectro, similar a un arco iris, que revela cómo se distribuye la luz en diferentes longitudes de onda. Observaciones anteriores del Telescopio Espacial Spitzer proporcionaron datos adicionales que fortalecieron el análisis.
Se descarta una corteza similar a la terrestre
La investigación en geología de exoplanetas se basa en los conocimientos adquiridos a partir de estudios de la Tierra y otros cuerpos rocosos del Sistema Solar. El equipo comparó sus observaciones con modelos informáticos y bibliotecas de rocas y minerales conocidos de la Tierra, la Luna y Marte. Estas comparaciones muestran que LHS 3844 b no tiene una corteza similar a la de la Tierra, que suele ser rica en minerales de silicato como el granito.
Este descubrimiento no es inesperado, ya que la Tierra es única en el Sistema Solar por tener dicha corteza. Aún así, proporciona pistas sobre el pasado del planeta. En la Tierra, la corteza rica en silicatos se forma mediante procesos a largo plazo que implican actividad tectónica y, a menudo, requiere agua. La roca se funde y recicla repetidamente, lo que permite que elementos más ligeros se eleven y formen la corteza.
“Dado que LHS 3844b carece de una corteza de silicato, se puede concluir que la tectónica de placas similar a la de la Tierra no se aplica a este planeta o que es ineficaz”, dijo Sebastian Ziba. “Este planeta probablemente tenga poca agua”.
Una superficie rica en basalto
En lugar de material parecido al granito, los datos apuntan a una superficie hecha de basalto o rocas parecidas a un manto, similar al material volcánico que se encuentra en la Tierra o la Luna. Los investigadores realizaron una comparación estadística detallada entre los espectros observados y diferentes mezclas posibles de minerales.
Descubrieron que grandes áreas de basalto sólido o roca magmática eran las que mejor coincidían con los datos. Estas rocas son ricas en magnesio y hierro y pueden contener minerales como el olivino. Los fragmentos de roca rota, como los guijarros, también encajan razonablemente bien, mientras que los polvos finos o el polvo no coinciden con las observaciones debido únicamente a su apariencia brillante.
Sin una atmósfera que lo proteja, el planeta está constantemente expuesto a una intensa radiación proveniente de los impactos de estrellas y meteoritos. Estos procesos descomponen lentamente la roca y cambian su superficie.
“Resulta que estos procesos no se limitan a disolver lentamente las rocas sólidas en regolito, una capa de granos finos o polvo que se encuentra en la Luna”, explica Ziba. “Oscurecieron la capa añadiendo hierro y carbono, haciendo que las propiedades del regolito sean más consistentes con las observaciones”.
Lava fresca o polvo antiguo
Los datos respaldan dos posibles explicaciones para la superficie del planeta. Un escenario sugiere un paisaje dominado por rocas basálticas sólidas que son relativamente frescas. En este caso, la actividad geológica reciente, como el vulcanismo extenso, habría regenerado el planeta.
El segundo escenario implica una superficie oscura, pero un espacio moldeado por una exposición prolongada. Con el tiempo, la erosión creará extensas capas de regolito oscuro, similar a la superficie polvorienta que se ve en la Luna o Mercurio. Esta explicación implica que el planeta estuvo geológicamente inactivo durante mucho tiempo.
Buscando señales de actividad
Estas dos posibilidades difieren en cuanto a si el planeta todavía está geológicamente activo. En la Tierra y otros mundos activos, los procesos volcánicos liberan gases al medio ambiente circundante. Uno de esos gases es el dióxido de azufre (SO2), que comúnmente se asocia con los volcanes.
Si LHS 3844 b estuviera actualmente activo, MIRI probablemente habría detectado este gas. Pero no se encontró tal señal. Esta ausencia sugiere que la actividad volcánica reciente hace más plausible el improbable escenario de superficie inactiva y erosionada. Si es correcto, el planeta podría parecerse mucho a Mercurio.
Para abordar esta cuestión, el equipo está realizando más observaciones con JWST. Estas nuevas mediciones tienen como objetivo detectar diferencias sutiles en cómo la roca sólida y el material suelto emiten y reflejan la luz. La forma en que se emite la luz en diferentes ángulos depende de la textura de la superficie, que puede revelar si la superficie es una roca lisa o un material rugoso y polvoriento. Este método ya se ha utilizado con éxito para estudiar los asteroides del sistema solar.
“Confiamos en que la misma técnica nos permitirá aclarar la naturaleza de la corteza de LHS 3844 b y, en el futuro, la naturaleza de otros exoplanetas rocosos”, concluyó Kreidberg.
Información adicional
Laura Kreidberg es la única astrónoma del MPIA involucrada en este estudio.
Otros investigadores son: Sebastian Ziba (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian, Cambridge, EE. UU.), Brandon P. Coy (Departamento de Ciencias Geofísicas, Universidad de Chicago, EE. UU.), Aaron Bello-Aruffe (Laboratorio de Propulsión a Chorro, California Paravision Institute, EE. UU.) Paravision Institute, EE. UU. (EE. UU.). de Ciencias Geológicas y Planetarias, Instituto de Tecnología de California, Pasadena, EE.UU.), Jintong Liu (Universidad de Pekín, Beijing, China), Renyu Hu (Universidad Estatal de Pensilvania, University Park, EE.UU. y JPL), Aishwarya Iyer (Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, EE.UU.), Universität Germany, Univ.
Las observaciones JWST utilizadas en este estudio se realizaron como parte del Programa GO #1846 (IP: Laura Kreidberg, co-PI: Renyu Hu) “Una búsqueda de firmas de vulcanismo y geodinámica en el exoplaneta rocoso caliente LHS 3844 b”.
El consorcio MIRI está formado por los estados miembros de la ESA (Agencia Espacial Europea): Bélgica, Dinamarca, Francia, Alemania, Irlanda, Países Bajos, España, Suecia, Suiza y Reino Unido. Las organizaciones científicas nacionales financian el trabajo del consorcio: en Alemania, la Sociedad Max Planck (MPG) y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR). Entre las instituciones alemanas participantes se encuentran el Instituto Max Planck de Astronomía de Heidelberg, la Universidad de Colonia y Hensolt AG en Oberkochen, anteriormente Carl Zeiss Optronics.
El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio líder mundial para la investigación espacial. Es un programa internacional liderado por la NASA y sus socios ESA y CSA (Agencia Espacial Canadiense).
El Telescopio Espacial Spitzer fue operado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California, bajo un contrato con la NASA.
