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El exoplaneta Trappist 1c se parece a Venus

La búsqueda por un planeta habitable en el sistema Trappist-1 continua. Hace algunos meses el telescopio espacial James Webb estudió a TRAPPIST-1 b carecía de atmósfera y muy similar al planeta Mercurio, entonces nos preguntamos: ¿TRAPPIST-1 c? Lo mismo. Aunque se cree que es similar a Venus, tanto en tamaño como en cantidad de radiación de su estrella, Webb descubrió que carece de la espesa atmósfera rica en CO2 de Venus. Si hay uno, es muy delgado.

TRAPPIST-1 c es el segundo planeta desde su estrella, la enana de tipo M TRAPPIST-1. Las estrellas enanas de tipo M son intrigantes porque son 10 veces más comunes y 2 veces más propensas a tener planetas rocosos que estrellas como nuestro Sol. ¡TRAPPIST-1 tiene siete!

Las estrellas enanas jóvenes M son enérgicas y emiten rayos X y radiación ultravioleta que pueden eliminar las atmósferas planetarias jóvenes. Se desconoce si sistemas como estos tenían agua, dióxido de carbono u otros ingredientes para crear atmósferas cuando se formaron los planetas.

Webb es tan sensible que puede buscar elementos y moléculas como oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono en las atmósferas de los exoplanetas. El misterio permanece: ¿pueden los planetas que orbitan pequeñas enanas M sostener las atmósferas necesarias para sustentar la vida tal como la conocemos?

Todo lo que sabemos sobre Trappist-1 c

Con una temperatura diurna de aproximadamente 380 kelvins (aproximadamente 107 grados Celsius), TRAPPIST-1 c es ahora el exoplaneta rocoso más frío jamás caracterizado por la emisión térmica. La precisión necesaria para estas mediciones demuestra aún más la utilidad de Webb en la caracterización de exoplanetas rocosos similares en tamaño y temperatura a los de nuestro propio sistema solar.

El resultado marca otro paso para determinar si los planetas que orbitan pequeñas enanas rojas como TRAPPIST-1, el tipo más común de estrella en la galaxia, pueden sostener atmósferas necesarias para sustentar la vida tal como la conocemos.

“Queremos saber si los planetas rocosos tienen atmósferas o no”, dijo Sebastian Zieba, estudiante graduado del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania y primer autor de los resultados que se publican hoy en Nature. “En el pasado, solo podíamos estudiar planetas con atmósferas gruesas y ricas en hidrógeno. Con Webb finalmente podemos comenzar a buscar atmósferas dominadas por oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono”.

“TRAPPIST-1 c es interesante porque es básicamente un gemelo de Venus: es aproximadamente del mismo tamaño que Venus y recibe una cantidad similar de radiación de su estrella anfitriona que Venus recibe del Sol”, explicó la coautora Laura Kreidberg, también de Max Planck. Pensamos que podría tener una atmósfera gruesa de dióxido de carbono como Venus”.

TRAPPIST-1 c es uno de los siete planetas rocosos que orbitan una estrella enana roja ultrafría (o enana M) a 40 años luz de la Tierra. Aunque los planetas son similares en tamaño y masa a los planetas rocosos internos de nuestro propio sistema solar, no está claro si de hecho tienen atmósferas similares. Durante los primeros mil millones de años de sus vidas, las enanas M emiten rayos X brillantes y radiación ultravioleta que pueden despojar fácilmente a una atmósfera planetaria joven. Además, puede o no haber habido suficiente agua, dióxido de carbono y otros volátiles disponibles para formar atmósferas sustanciales cuando se formaron los planetas.

Para abordar estas preguntas, el equipo utilizó MIRI (Webb’s Mid-Infrared Instrument) para observar el sistema TRAPPIST-1 en cuatro ocasiones distintas mientras el planeta se movía detrás de la estrella, un fenómeno conocido como eclipse secundario. Al comparar el brillo cuando el planeta está detrás de la estrella (solo luz estelar) con el brillo cuando el planeta está al lado de la estrella (luz de la estrella y el planeta combinados), el equipo pudo calcular la cantidad de luz infrarroja media con longitudes de onda de 15 micras emitidas por el lado diurno del planeta.


Esta curva de luz muestra el cambio en el brillo del sistema TRAPPIST-1 a medida que el segundo planeta, TRAPPIST-1 c, se mueve detrás de la estrella. Este fenómeno se conoce como eclipse secundario. Los astrónomos utilizaron el Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) de Webb para medir el brillo de la luz infrarroja media. Cuando el planeta está al lado de la estrella, la luz emitida tanto por la estrella como por el lado diurno del planeta llega al telescopio, y el sistema parece más brillante. Cuando el planeta está detrás de la estrella, la luz emitida por el planeta se bloquea y solo la luz de las estrellas llega al telescopio, lo que hace que el brillo aparente disminuya. Créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Este método es el mismo que el utilizado por otro equipo de investigación para determinar que TRAPPIST-1 b, el planeta más interno del sistema, probablemente carece de atmósfera.

La cantidad de luz infrarroja media emitida por un planeta está directamente relacionada con su temperatura, que a su vez está influenciada por la atmósfera. El gas de dióxido de carbono absorbe preferentemente la luz de 15 micras, haciendo que el planeta parezca más tenue en esa longitud de onda. Sin embargo, las nubes pueden reflejar la luz, haciendo que el planeta parezca más brillante y enmascarando la presencia de dióxido de carbono.

Además, una atmósfera sustancial de cualquier composición redistribuirá el calor del lado diurno al lado nocturno, haciendo que la temperatura del lado diurno sea más baja de lo que sería sin una atmósfera. (Debido a que TRAPPIST-1 c orbita tan cerca de su estrella, aproximadamente 1/50ésimo la distancia entre Venus y el Sol: se cree que está bloqueado por marea, con un lado a la luz del día perpetuo y el otro en una oscuridad interminable).

Aunque estas mediciones iniciales no proporcionan información definitiva sobre la naturaleza de TRAPPIST-1 c, ayudan a reducir las posibilidades probables. “Nuestros resultados son consistentes con que el planeta es una roca desnuda sin atmósfera, o que el planeta tiene un CO realmente delgado.2 atmósfera (más delgada que en la Tierra o incluso Marte) sin nubes”, dijo Zieba. “Si el planeta tuviera un CO grueso2 , habríamos observado un eclipse secundario realmente superficial, o ninguno en absoluto. Esto se debe a que el CO2 estaría absorbiendo toda la luz de 15 micras, por lo que no detectaríamos ninguna proveniente del planeta”.

Los datos también muestran que es poco probable que el planeta sea un verdadero análogo de Venus con un CO grueso.2 atmósfera y nubes de ácido sulfúrico.

La ausencia de una atmósfera espesa sugiere que el planeta puede haberse formado con relativamente poca agua. Si los planetas TRAPPIST-1 más fríos y templados se formaron en condiciones similares, también pueden haber comenzado con poca agua y otros componentes necesarios para hacer que un planeta sea habitable.

La sensibilidad requerida para distinguir entre varios escenarios atmosféricos en un planeta tan pequeño tan lejano es realmente notable. La disminución en el brillo que Webb detectó durante el eclipse secundario fue de solo 0,04 por ciento: equivalente a mirar una pantalla de 10.000 pequeñas bombillas y notar que solo cuatro se han apagado.

Este gráfico compara el brillo medido de TRAPPIST-1 c con los datos de brillo simulados para tres escenarios diferentes. La medición (diamante rojo) es consistente con una superficie rocosa desnuda sin atmósfera (línea verde) o una atmósfera muy delgada de dióxido de carbono sin nubes (línea azul). Una atmósfera espesa rica en dióxido de carbono con nubes de ácido sulfúrico, similar a la de Venus (línea amarilla), es poco probable. Créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

“Es extraordinario que podamos medir esto”, dijo Kreidberg. “Ha habido preguntas durante décadas sobre si los planetas rocosos pueden mantener atmósferas. La habilidad de Webb realmente nos lleva a un régimen en el que podemos comenzar a comparar los sistemas de exoplanetas con nuestro sistema solar de una manera que nunca antes lo habíamos hecho”.

Esta investigación se realizó como parte del programa 2304 de Webb’s General Observer (GO), que es uno de los ocho programas del primer año de ciencia de Webb diseñados para ayudar a caracterizar completamente el sistema TRAPPIST-1. El próximo año, los investigadores llevarán a cabo una investigación de seguimiento para observar las órbitas completas de TRAPPIST-1 b y TRAPPIST-1 c. Esto permitirá ver cómo cambian las temperaturas del día a los lados nocturnos de los dos planetas y proporcionará más restricciones sobre si tienen atmósferas o no.

Referencia: nasa.gov

Imagen de la portada: El concepto de este artista muestra cómo podría verse el exoplaneta rocoso caliente TRAPPIST-1 c basado en este trabajo. TRAPPIST-1 c, el segundo de los siete planetas conocidos en el sistema TRAPPIST-1, orbita su estrella a una distancia de 0.016 UA (aproximadamente 1.5 millones de millas), completando un circuito en solo 2.42 días terrestres. TRAPPIST-1 c es ligeramente más grande que la Tierra, pero tiene alrededor de la misma densidad, lo que indica que debe tener una composición rocosa. La medición de Webb de la luz infrarroja media de 15 micras emitida por TRAPPIST-1 c sugiere que el planeta tiene una superficie rocosa desnuda o una atmósfera de dióxido de carbono muy delgada. Créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y sondeará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense). MIRI fue contribuido por la NASA y la ESA, con el instrumento diseñado y construido por un consorcio de institutos europeos financiados a nivel nacional (el Consorcio Europeo MIRI) y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en asociación con la Universidad de Arizona.

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