Los científicos han medido la atmósfera del planeta en otro sistema solar a 340 años luz de distancia

El concepto del artista del planeta extrasolar «Júpiter caliente». Préstamo: NASA, ESA և L. Hustak (STScI)

Un equipo internacional de científicos que utiliza el telescopio del Observatorio Gemini de Chile ha sido el primero en medir directamente la cantidad de agua y monóxido de carbono en la atmósfera de otro sistema solar a unos 340 años luz de distancia.

El equipo está dirigido por Michael Lane, profesor asistente de la Escuela de Investigación Espacial de la Universidad Estatal de Arizona, cuyos resultados se publicaron hoy (27 de octubre de 2021) en la revista. Naturaleza:.

Hay miles de planetas conocidos fuera de nuestro propio sistema solar (llamados exoplanetas). Los científicos están utilizando telescopios espaciales y telescopios terrestres para estudiar cómo se forman estos exoplanetas y en qué se diferencian de los planetas de nuestro sistema solar.

Para este estudio, Line և y su equipo se centraron en el planeta WASP-77Ab, que es una especie de exoplaneta se llama «caliente Júpiterporque son similares a Júpiter en nuestro sistema solar, pero a temperaturas superiores a 2000 grados Fahrenheit.

Luego se enfocaron en medir la composición de la atmósfera para determinar qué elementos existen en comparación con la estrella que orbita.

«Debido a su tamaño y temperatura, Júpiter caliente es un excelente laboratorio para medir gases atmosféricos para probar las teorías de la formación de planetas en nuestros planetas», dijo Line.

O es posible que aún no podamos enviar naves espaciales a planetas fuera de nuestro sistema solar, los científicos pueden estudiar la luz de los exoplanetas con telescopios. Los telescopios que utilizan para ver esta luz pueden estar en el espacio, como telescopio espacial Hubble, o desde el suelo, como los telescopios del Observatorio Gemini.

Wide և y su equipo participaron ampliamente en la medición de la composición atmosférica de exoplanetas a través del Hubble, pero fue difícil obtener esas mediciones. No solo hay una fuerte competencia en el tiempo del telescopio, sino que los instrumentos del Hubble solo miden agua (u oxígeno), el equipo lo necesita para recolectar mediciones de monóxido de carbono (o carbono).

Aquí es donde el equipo se dirigió al telescopio Gemini South.

«Tuvimos que intentar algo más para resolver nuestros problemas», dijo Line. «Y nuestro análisis de las capacidades de Gemini South ha demostrado que podemos obtener mediciones atmosféricas extremadamente precisas».

Gemini South es un telescopio de 8.1 metros de diámetro ubicado en una montaña llamada Cerro Pachón en los Andes de Chile, donde el aire muy seco y una ligera nubosidad lo convierten en la ubicación principal del telescopio. Es operado por NOIRLab (Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja) de la National Science Foundation.

Usando el Telescopio Gemini Sur con un instrumento llamado Espectrómetro Infrarrojo de Rejilla de Inmersión (IGRINS), el equipo observó el brillo térmico del exoplaneta mientras giraba alrededor de su estrella receptora. De esta herramienta recolectaron información sobre la presencia de diferentes gases en su atmósfera և cantidad relativa.

Al igual que los satélites climáticos del tiempo utilizados para medir el vapor de agua, el dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra, los científicos pueden usar espectrómetros y telescopios como IGRINS en Gemini South para medir la cantidad de diferentes gases en otros planetas.

«Tratar de averiguar la composición de la atmósfera del planeta es como intentar descifrar un crimen con tus huellas dactilares», dijo Line. «Una huella dactilar sucia no le hace mucho daño, pero una huella dactilar limpia y muy bonita da un identificador único de quién cometió el crimen».

Mientras que el telescopio espacial Hubble proporcionó al equipo quizás una o dos huellas dactilares indeterminadas, IGRINS en Gemini South proporcionó al equipo un conjunto completo de huellas dactilares perfectamente claras.

Y con mediciones precisas de agua y monóxido de carbono en la atmósfera de WASP-77Ab, el equipo pudo estimar la cantidad relativa de oxígeno: en la atmósfera del exoplaneta.

Al medir el movimiento Doppler en la columna de la derecha de esta imagen, los científicos pueden restaurar la velocidad orbital del planeta a la Tierra o más lejos en el tiempo. La intensidad de la señal del planeta, como se muestra en la columna del medio, a lo largo de la velocidad aparente esperada del planeta que orbita la estrella (la curva naval), contiene información sobre la cantidad de diferentes gases en la atmósfera. Crédito: P. Smith / M. Líneas. Selkirk / ASU

«Esta cantidad estuvo en línea con nuestras expectativas, es aproximadamente la misma que la estrella anfitriona», dijo Line.

Obtener cantidades precisas de gas en la atmósfera de los exoplanetas no solo es un avance técnico, especialmente con un telescopio terrestre, sino que también puede ayudar a los científicos a buscar vida en otros planetas.

«Este trabajo demuestra cómo mediremos en última instancia el biogás, como el oxígeno y el metano, en mundos potencialmente habitables en un futuro no muy lejano», dijo Line.

Lo que Line y el equipo esperan hacer a continuación es repetir este análisis para muchos más planetas, para crear una «muestra» de mediciones atmosféricas en al menos 15 planetas.

“Ahora estamos en un punto en el que podemos obtener una precisión comparable de abundancia de gas con esos planetas en nuestro sistema solar. Medir la abundancia de carbono և oxígeno (տարր otros elementos) en la atmósfera de una muestra más grande de exoplanetas proporciona un contexto muy necesario para comprender el origen y la evolución de nuestros gigantes gaseosos, como Júpiter. Saturno«, Dijo Línea.

También esperan ansiosos lo que pueden ofrecer los telescopios del futuro.

«Si podemos hacerlo con la tecnología actual, piense en lo que podemos hacer con los últimos telescopios como el telescopio gigante Magellan», dijo Line. «Es muy probable que podamos utilizar este mismo método a finales de esta década para oler los posibles signos de vida en planetas rocosos similares al carbono más allá de nuestro sistema solar que contienen carbono y oxígeno».

Referencia. «Solar C / O և Metalurgia submarina en la cálida atmósfera de Júpiter» por Michael R. Megan Mansfield, Eliza M.-R. Campton, Jonathan J. Fortney, Eugenia Scholnik, Jennifer Patien, Emily Rauscher, Jean-Michel Desert և Jost P. Wardenier, 27 de octubre de 2021 Naturaleza:.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03912-6:

Además de Line, el equipo de investigación incluye a Joseph Zaleski, Eugenia Shkolnik, Jennifer Ptiens y Peter Smith de ASU Earth դպրոց Space Research School; Matteo Brugge և Siddhart Gandhi Universidad de Warwick (Gran Bretaña); Jacob Bean և Megan Mansfield Universidad de Chicago; Vivien Parmentier և Joost Guardián de: Universidad de Oxford (Gran Bretaña); Gregory Mace de la Universidad de Texas en Austin; Eliza Compton de la Universidad de Maryland; Jonathan Fortney de la Universidad de California, Santa Cruz; Emily Rauscher de la Universidad de Michigan; -Jean-Michel Desert, Universidad de Amsterdam.