Nuevas observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST) están arrojando luz sobre un exoplaneta muy inusual conocido como TOI-5205 b, a veces descrito como “prohibido”. Los científicos han descubierto que la atmósfera de este planeta gigante contiene menos material pesado que su estrella anfitriona, un resultado sorprendente que podría cambiar la forma en que los investigadores entienden las primeras etapas de la formación de planetas gigantes.
Resultados, publicados La revista astronómicaDe un equipo internacional dirigido por Caleb Cañas del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, con contribuciones de Shubham Kanodia de Carnegie Science y otros.
Un planeta gigante orbita una pequeña estrella
TOI-5205 b orbita una estrella del tamaño de Júpiter pero mucho más pequeña, aproximadamente cuatro veces el tamaño de Júpiter y sólo un 40 por ciento más masiva que el Sol. Cuando el planeta pasa frente a su estrella en un evento conocido como “tránsito”, bloquea alrededor del seis por ciento de la luz de la estrella.
Durante estos tránsitos, los astrónomos utilizaron espectrógrafos para separar el espectro en los colores que lo componen. Esta técnica les permite detectar la composición química de la atmósfera del planeta y obtener información sobre cómo se formó y evolucionó junto a su estrella anfitriona.
Un enigma para la teoría de la formación de planetas
Los planetas suelen formarse dentro de un disco giratorio de gas y polvo que rodea a una estrella joven. Aunque este proceso es ampliamente aceptado, sistemas como el TOI-5205 b desafían los modelos existentes. Los planetas masivos que orbitan estrellas pequeñas y frías a distancias cercanas son difíciles de explicar utilizando la teoría actual.
Para investigar estos sistemas inusuales, Jessica Libby-Roberts de Canodia, Canas y la Universidad de Tampa dirige el programa de exoplanetas del Ciclo 2 más grande de JWST, Red Dwarfs and Seven Giants. Este proyecto se centra en mundos raros como TOI-5205 b, a menudo denominados GEMS (por exoplanetas gigantes alrededor de estrellas enanas M).
JWST detecta química atmosférica inesperada
TOI-5205 b se confirmó por primera vez en 2023, cuando Kanodia dirigió observaciones de seguimiento basadas en datos del Satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS) de la NASA. Ahora, los investigadores han utilizado JWST para examinar su atmósfera en detalle por primera vez.
Después de observar tres tránsitos, el equipo encontró un resultado inesperado. La atmósfera del planeta contiene significativamente menos hidrógeno, elemento más pesado, que Júpiter. Aún más sorprendente es que su metalicidad es menor que la de su propia estrella anfitriona, a diferencia de cualquier planeta gigante estudiado hasta ahora.
Los datos también revelaron la presencia de metano (CH4) y sulfuro de hidrógeno (H2S) en la atmósfera.
El material pesado se puede ocultar en el interior
Para comprender mejor estos resultados, los investigadores de la Universidad de Zurich Simon Müller y Ravit Haled utilizaron modelos avanzados de interiores planetarios. Sus resultados sugieren que todo el planeta es unas 100 veces más rico en metales que su atmósfera.
“Observamos una metalicidad mucho menor que la predicha por nuestros modelos para la composición global del planeta, que se calcula a partir de mediciones de la masa y el radio de un planeta. Esto sugiere que sus elementos más pesados migraron hacia adentro durante la formación y ahora su interior y su atmósfera no se están mezclando”, explicó Kanodia. “En resumen, estos resultados sugieren una atmósfera planetaria muy rica en carbono y pobre en oxígeno”.
Encuesta GEMS e investigaciones futuras
El trabajo es parte del estudio GEMS más amplio, cuyo objetivo es estudiar planetas gigantes que orbitan estrellas enanas M para comprender mejor su composición, estructura interna y atmósfera. El equipo de investigación incluye a los astrónomos de Carnegie Peter Gao, Johanna Tesk y Nicole Wallack, junto con la ex becaria postdoctoral de Carnegie Anjali Piatt, que actualmente se encuentra en la Universidad de Birmingham.
Otros contribuyentes incluyen el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica, la Universidad Católica, la Universidad de Maryland, Caltech, NASA Goddard, la Universidad de St. Andrews, la Universidad Penn State, la Universidad de California, la Universidad Fandom y el Instituto Fandom.
La corrección de manchas estelares mejora la precisión
El grupo también tiene en cuenta la interferencia debida a manchas estelares en la estrella anfitriona. Estas regiones oscuras y activas iluminan ciertas longitudes de onda y pueden distorsionar las observaciones al enmascarar partes de la señal atmosférica.
Al corregir estos efectos, los investigadores mejoraron la precisión de sus mediciones. Wallack y Kanodia ahora están perfeccionando este enfoque en un nuevo proyecto JWST centrado en el mismo sistema. Su trabajo puede ayudar a obtener resultados más fiables en futuros estudios de planetas que orbitan estrellas activas.
