Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA han observado más de cerca la atmósfera de un raro planeta gigante con temperaturas sorprendentemente similares a las de la Tierra. Según un nuevo estudio, un mundo del tamaño de Saturno, conocido como TOI-199b, tiene metano en su atmósfera.
El descubrimiento destaca porque los planetas gigantes suelen encontrarse a temperaturas extremas. En nuestro sistema solar, Júpiter y Saturno son extremadamente fríos porque orbitan muy lejos del Sol. Muchos de los exoplanetas gigantes descubiertos fuera de nuestro sistema solar son “Júpiter calientes”, Tierras que orbitan muy cerca de sus estrellas y alcanzan temperaturas vertiginosas de miles de grados.
TOI-199b se encuentra en algún punto intermedio. Es uno de los pocos planetas gigantes templados conocidos y los investigadores dicen que es la primera vez que se estudia su atmósfera con tanto detalle.
Los hallazgos podrían ayudar a los científicos a mejorar los modelos de cómo se forman y evolucionan los planetas y las atmósferas. Los investigadores también dijeron que el trabajo podría eventualmente proporcionar nuevos conocimientos sobre la propia atmósfera de la Tierra.
La investigación, dirigida por científicos del Instituto de Tecnología de California en Penn State y el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, se publicó el 20 de mayo. Revista astronómica.
“Una de las principales ventajas de estudiar planetas fuera de nuestro sistema solar, conocidos como exoplanetas, es la capacidad de estudiar diferentes tipos de planetas, especialmente los que no vemos en el sistema solar, para aprender cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios”, dijo Renew Hu, profesor asociado de astronomía y líder estatal de la Facultad de Astrofísica y el equipo de investigación de Iber State. “Desde que el primer exoplaneta fue descubierto en 1992 por un equipo que incluía a Alexander Olszhan de Penn State, los astrónomos han encontrado miles de exoplanetas. Pero sólo se conocen unos pocos exoplanetas gigantes y templados, y esta es la primera vez que hemos podido estudiar la atmósfera de uno de ellos en detalle”.
Un planeta gigante con temperaturas sorprendentemente suaves
TOI-199b orbita una estrella ubicada a más de 330 años luz de la Tierra y completa una órbita aproximadamente cada 100 días.
Se estima que la temperatura del planeta ronda los 175 grados Fahrenheit. Aunque sigue siendo extremadamente caliente según los estándares cotidianos, es mucho más frío que la mayoría de los exoplanetas gigantes estudiados hasta ahora. En comparación, la temperatura dentro de un automóvil estacionado bajo la luz solar directa puede elevarse fácilmente al mismo nivel en la Tierra.
Esto hace que TOI-199b sea mucho más suave que los Júpiter calientes, así como dramáticamente más cálido que los gigantes gaseosos congelados de nuestro propio sistema solar, donde las temperaturas pueden caer cientos de grados bajo cero.
Cómo JWST estudió la atmósfera del planeta
Para investigar la atmósfera de TOI-199b, los investigadores utilizaron una técnica llamada espectroscopia de transmisión. Esta técnica permite a los astrónomos estudiar la luz de las estrellas que atraviesa la atmósfera de un planeta a medida que el planeta se mueve a través de la cara de su estrella desde la perspectiva del telescopio.
JWST divide la luz de las estrellas en diferentes longitudes de onda, del mismo modo que los prismas dividen la luz blanca en arco iris.
“Cuando un planeta pasa frente a su estrella, parte de la luz de la estrella atraviesa la atmósfera del planeta, donde interactúa con los elementos y moléculas de la atmósfera”, dijo Aaron Bello-Aruffe, investigador postdoctoral en el JPL y primer autor del artículo. “Materiales específicos absorberán longitudes de onda de luz específicas, creando una huella digital en el espectro de luz que detecta JWST y que refleja la composición de la atmósfera”.
Los investigadores primero recopilaron alrededor de 20 horas consecutivas de observaciones para establecer una medición de referencia del brillo de la estrella. Los tránsitos planetarios duran unas siete horas, normalmente mucho más que los tránsitos calientes de Júpiter, que pueden durar una hora o menos.
Luego, los científicos compararon el espectro de luz registrado durante el tránsito con mediciones de referencia. Las diferencias revelaron qué longitudes de onda fueron absorbidas por la atmósfera del planeta, lo que permitió al equipo detectar los gases presentes.
Se ha detectado metano en la atmósfera de TOI-199b
“Cuando comparamos los espectros durante el tránsito con la línea de base, encontramos que la atmósfera bloqueaba las longitudes de onda de la luz estelar absorbida por el metano”, dijo Belo-Aruf. “Los modelos de formación de exoplanetas gigantes gaseosos templados predijeron que contendrían metano, por lo que es bueno asegurarse de que nuestras teorías sean correctas”.
Además del metano, las observaciones indican la presencia de amoníaco y dióxido de carbono.
“Con observaciones adicionales de este planeta, podemos establecer la abundancia relativa de estos diferentes gases en su atmósfera”, dijo Hu. “Esta imagen más completa de la atmósfera de un gigante gaseoso templado puede usarse para mejorar nuestros modelos y potencialmente comprender mejor cómo se forman y evolucionan los planetas y sus atmósferas, incluida la Tierra. El éxito de este primer estudio de la atmósfera de un gigante gaseoso templado nos da la confianza para dedicar más recursos y tiempo de observación al estudio de otros planetas similares. Si vemos las características comunes de este tipo único de planeta plano”.
El equipo de investigación también incluyó a científicos de la Universidad Estatal de Arizona, la Universidad Johns Hopkins, el Instituto Carnegie para la Ciencia, el Instituto de Tecnología de California y la Universidad de California Santa Cruz.
La NASA financió la investigación a través de una subvención del Instituto Científico del Telescopio Espacial.
