El Telescopio Espacial James Webb de la NASA ha descubierto un exoplaneta masivo escondido dentro del sistema planetario más observado de la Vía Láctea.
Ya se sabía que la joven estrella cercana Beta Pictoris tenía dos planetas gigantes, Beta Pictoris B y Beta Pictoris C. Beta Pictoris b fue uno de los primeros exoplanetas fotografiados directamente. El Beta Pictoris recientemente confirmado eleva a tres el número de planetas conocidos en el sistema D, lo que convierte a Beta Pictoris en el segundo sistema planetario que contiene al menos tres planetas fotografiados.
Sin embargo, los astrónomos inicialmente no reconocieron a Beta Pictoris D como un punto de luz brillante. En cambio, lo identificaron a través de la firma química distintiva de su atmósfera. Los investigadores dicen que el método podría proporcionar una nueva y poderosa forma de detectar planetas alrededor de otras estrellas, especialmente en entornos donde el polvo y los escombros dificultan la obtención de imágenes convencionales.
“Este descubrimiento añade una pieza más a un sistema planetario ya fascinante”, dijo Aidan Gibbs, autor principal de un nuevo estudio publicado hoy. Cartas de revistas astrofísicas e investigador postdoctoral en la Universidad de California, San Diego. “Beta Pictoris ha servido durante mucho tiempo como laboratorio para comprender cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios, y ahora tenemos otro planeta que nos ayuda a contar esa historia”.
Un sistema planetario joven cerca de la Tierra
Beta Pictoris está a unos 63 años luz de la Tierra y tiene aproximadamente 23 millones de años. Su relativa juventud y proximidad brindan a los astrónomos una oportunidad inusual de observar cómo los planetas recién formados interactúan con el disco circundante de polvo y escombros que quedaron de la formación del sistema.
Los investigadores estiman que Beta Pictoris d tiene al menos el doble de masa que Júpiter. Sin embargo, parece ser el más pequeño de los tres planetas gigantes conocidos que orbitan alrededor de la estrella.
Los modelos informáticos indican que el planeta probablemente gira alrededor de Beta Pictoris a una distancia de unas 30 AU. Esto lo sitúa en una región comparable a la posición de Neptuno en nuestro sistema solar. De los tres planetas conocidos del sistema, Beta Pictoris d tiene la órbita más amplia, aunque todavía se encuentra dentro del límite interior del disco de escombros.
Un planeta descubierto por accidente
El equipo de investigación no estaba utilizando la web para buscar otros planetas. Beta Pictoris d apareció inesperadamente cuando los astrónomos estudiaban la atmósfera de Beta Pictoris b con el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) de Webb.
Los científicos utilizaron la Unidad de Campo Integral de NIRSpec, un instrumento que registra tanto una imagen como un espectro para cada píxel. Un espectro separa la luz en las longitudes de onda que la componen, lo que permite a los astrónomos investigar la química y el movimiento de objetos distantes.
“No estábamos buscando un nuevo planeta”, dijo Gibbs. “Estábamos tratando de darle sentido a algo que ya sabíamos. Entonces, esta señal reveladora apareció en los datos donde no la esperábamos”.
Donde los investigadores esperaban ver un espectro suave producido por la luz reflejada por el polvo, encontraron en cambio un patrón de picos y caídas. La señal consistía en una disposición similar a un código de barras de líneas de absorción de monóxido de carbono, una característica típicamente esperada en la atmósfera de un planeta gigante.
La espectroscopía permitió al equipo medir la velocidad radial del objeto, que describe su movimiento hacia o alejándose del observador. Su velocidad, posición y alineación con el disco de escombros coinciden con lo que los científicos esperarían de un planeta que orbita Beta Pictoris.
Estas mediciones ayudaron a descartar otras posibilidades, como una estrella distante en el fondo o una enana marrón que también tenga monóxido de carbono en su atmósfera.
La evidencia química confirma un mundo secreto
“Había una fuente de luz brillante inesperada en las imágenes de la unidad de campo integral, pero aprendimos a no confiar en las manchas brillantes en las imágenes”, dijo Jean-Baptiste Ruffio, científico investigador de la Universidad de California e investigador principal de la primera observación de la red donde se realizó el descubrimiento. “Podrían ser artefactos u otras estructuras en el disco de escombros. Al obtener un espectro al mismo tiempo que la imagen, pudimos confirmar rápidamente nuestras sospechas”.
Posteriormente, los astrónomos realizan observaciones de seguimiento con el MIRI (instrumento de infrarrojo medio) de Webb a petición del director. Estas observaciones detectaron vapor de agua y metano, añadiendo más evidencia de que el objeto es un planeta y revelando más detalles sobre su atmósfera.
Este método dio a los investigadores una ventaja significativa sobre las imágenes tradicionales. Desde las primeras observaciones, no sólo establecieron que el objeto era un planeta, sino que también comenzaron a investigar su química atmosférica y sus propiedades físicas.
“Hay una cantidad increíble de información en un espectro”, dice Ruffio. “No sólo aprendes que algo es un planeta; inmediatamente empiezas a aprender sobre su temperatura, química y movimiento”.
Una investigación de imágenes independiente también apoyó el hallazgo. El trabajo fue dirigido por Ben Sutliff de la Universidad de Edimburgo y Marcus Bones del Observatorio Europeo Austral. Utilizando observaciones del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral y la NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) de Webb, los investigadores verificaron de forma independiente que Beta Pictoris D existe.
Buscando un planeta a través de la niebla cósmica
Beta pictoris d ha eludido la detección durante años porque está incrustada en uno de los discos de escombros más brillantes que los astrónomos jamás hayan observado.
El polvo del disco dispersa la luz de la estrella central, creando un efecto de niebla. Este resplandor dificulta que los métodos de obtención de imágenes estándar distingan un planeta de las estructuras de polvo cercanas y otras fuentes de luz.
El enfoque espectroscópico de Webb permite a los investigadores ver más allá de esa confusión. En lugar de confiar únicamente en el brillo visible del planeta, los científicos han aislado las estrechas señales moleculares que caracterizan la atmósfera del planeta.
La presencia de Beta Pictoris D puede ayudar a los astrónomos a comprender la apariencia inusual del disco de escombros del sistema. El disco tiene un límite interior claramente definido y varias otras estructuras que son difíciles de interpretar.
Los astrónomos propusieron previamente que un planeta no descubierto similar a Beta Pictoris D podría darle forma al disco y producir algunas de esas características. Su descubrimiento ofrece ahora a los investigadores una posible explicación para la arquitectura inusual del disco.
Un nuevo método para el descubrimiento de exoplanetas
La misión hace más que simplemente agregar otro mundo al sistema Beta Pictoris. Demuestra una nueva técnica para detectar exoplanetas en entornos complejos y polvorientos.
Beta Pictoris d es el primer planeta del que se han obtenido imágenes directas y se ha descubierto principalmente mediante espectroscopía de resolución media. Los resultados muestran que los astrónomos pueden identificar mundos detectando las huellas moleculares de sus atmósferas sin depender exclusivamente de las imágenes coronagráficas tradicionales.
Esta capacidad puede resultar especialmente valiosa cuando los planetas están oscurecidos por discos de escombros brillantes u otras estructuras que los hacen difíciles de distinguir en las imágenes de los telescopios comunes.
Los investigadores planean continuar probando las observaciones de Webb para refinar sus estimaciones de la temperatura, la composición atmosférica y la órbita de Beta Pictoris D. Estos estudios podrían proporcionar una visión más detallada de uno de los sistemas planetarios más conocidos fuera del nuestro.
Amplia visión del mundo distante de la web.
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo los misterios de nuestro sistema solar, observando mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorando la misteriosa estructura y los orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa internacional liderado por los socios de la NASA, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
