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Webb mapea y encuentra rastros de agua en la atmósfera de un gigante gaseoso

Hay un exoplaneta intrigante por ahí, a 400 años luz, que es tan tentador que los astrónomos lo han estado estudiando desde su descubrimiento en 2009. Un año para WASP-18 b, una órbita alrededor de su estrella (ligeramente más grande que nuestro Sol), toma solo 23 horas. No hay nada igual en nuestro sistema solar. Además de los observatorios en tierra, los telescopios espaciales Hubble, Chandra, TESS y Spitzer de la NASA han observado WASP-18 b, un gigante gaseoso ultracaliente 10 veces más masivo que Júpiter. Ahora los astrónomos han echado un vistazo con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA y los “primeros” siguen llegando.

Los científicos identificaron vapor de agua en la atmósfera de WASP-18 b, e hicieron un mapa de temperatura del planeta a medida que se deslizaba detrás y reaparecía de su estrella. Este evento se conoce como eclipse secundario. Los científicos pueden leer la luz combinada de la estrella y el planeta, y luego refinar las mediciones de solo la estrella a medida que el planeta se mueve detrás de ella.

El mismo lado, conocido como el lado diurno, de WASP-18 b siempre se enfrenta a la estrella, al igual que el mismo lado de la Luna siempre se enfrenta a la Tierra. El mapa de temperatura, o brillo, muestra un gran cambio en la temperatura, hasta 1.000 grados, desde el punto más caliente frente a la estrella hasta el terminador, donde los lados diurno y nocturno del planeta bloqueado por mareas se encuentran en un crepúsculo permanente.


Los investigadores hicieron un mapa de brillo, rastreando el brillo de las regiones calientes de WASP-18 b a medida que se deslizaba detrás y reaparecía de su estrella. Este evento se conoce como eclipse secundario. Los científicos pueden medir la luz combinada de la estrella y el planeta, y luego medir la luz de la estrella a medida que el planeta se mueve detrás de ella. La gráfica es una curva de luz, el cambio medido en el brillo de una estrella cuando un planeta se mueve delante o detrás de ella. El mapa de brillo del planeta, obtenido utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, permitió a los investigadores determinar un mapa de temperatura de la atmósfera del planeta. Crédito: NASA/JPL-Caltech (K. Miller/IPAC)

“JWST nos está dando la sensibilidad para hacer mapas mucho más detallados de planetas gigantes calientes como WASP-18 b que nunca. Esta es la primera vez que un planeta ha sido mapeado con JWST, y es realmente emocionante ver que algo de lo que nuestros modelos predijeron, como una fuerte caída de la temperatura lejos del punto en el planeta directamente frente a la estrella, se ve realmente en los datos “, dijo Megan Mansfield, miembro de Sagan en la Universidad de Arizona. y uno de los autores del artículo que describe los resultados.

El equipo mapeó gradientes de temperatura en todo el lado diurno del planeta. Dado lo mucho más frío que está el planeta en el terminador, es probable que haya algo que impida que los vientos redistribuyan eficientemente el calor hacia el lado nocturno. Pero lo que está afectando a los vientos sigue siendo un misterio.

“El mapa de brillo de WASP-18 b muestra una falta de vientos este-oeste que se adapta mejor a los modelos con resistencia atmosférica. Una posible explicación es que este planeta tiene un fuerte campo magnético, ¡lo que sería un descubrimiento emocionante!”, dijo el coautor Ryan Challener, de la Universidad de Michigan.

Una interpretación del mapa del eclipse es que los efectos magnéticos obligan a los vientos a soplar desde el ecuador del planeta hacia arriba sobre el polo norte y hacia abajo sobre el polo sur, en lugar de este-oeste, como esperaríamos de otra manera.

Los investigadores registraron cambios de temperatura en diferentes elevaciones de las capas de atmósfera del planeta gigante gaseoso. Vieron que las temperaturas aumentaban con la elevación, variando en cientos de grados.

El espectro de la atmósfera del planeta muestra claramente múltiples características de agua pequeñas pero medidas con precisión, presentes a pesar de las temperaturas extremas de casi 5,000 grados Fahrenheit (2,700 C). Está tan caliente que desgarraría la mayoría de las moléculas de agua, por lo que ver su presencia habla de la extraordinaria sensibilidad de Webb para detectar el agua restante. Las cantidades registradas en la atmósfera de WASP-18 b indican que el vapor de agua está presente en varias elevaciones.


El equipo obtuvo el espectro de emisión térmica de WASP-18 b midiendo la cantidad de luz que emite sobre el NIRISS SOSS 0.85-2.8 del Telescopio Espacial James Webb de la NASA mmm rango de longitud de onda, capturando el 65% de la energía total emitida por el planeta. WASP-18 b es tan caliente en el lado diurno de este planeta bloqueado por marea (el mismo lado siempre se enfrenta a su estrella, como la Luna a la Tierra) que las moléculas de vapor de agua se romperían. El telescopio Webb observó directamente el vapor de agua en el planeta incluso en cantidades relativamente pequeñas, lo que indica la sensibilidad del observatorio. Crédito: NASA/JPL-Caltech (R. Hurt/IPAC)

“Fue una gran sensación observar el espectro JWST de WASP-18 b por primera vez y ver la firma sutil pero medida con precisión del agua”, dijo Louis-Philippe Coulombe, estudiante graduado de la Universidad de Montreal y autor principal del artículo WASP-18 b. “¡Usando tales mediciones, podremos detectar tales moléculas para una amplia gama de planetas en los próximos años!”

Los investigadores observaron WASP-18 b durante aproximadamente seis horas con uno de los instrumentos de Webb, el Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), aportado por la Agencia Espacial Canadiense.

“Debido a que las características del agua en este espectro son tan sutiles, fueron difíciles de identificar en observaciones anteriores. Eso hizo que fuera realmente emocionante ver finalmente las características del agua con estas observaciones del JWST”, dijo Anjali Piette, becaria postdoctoral en la Institución Carnegie para la Ciencia y una de las autoras de la nueva investigación.

Más de 100 científicos de todo el mundo están trabajando en la ciencia temprana de Webb a través del Programa de Ciencia de Liberación Temprana de la Comunidad de Exoplanetas en Tránsito dirigido por Natalie Batalha, astrónoma de la Universidad de California, Santa Cruz, quien ayudó a coordinar la nueva investigación. Gran parte de este trabajo innovador está siendo realizado por científicos de carrera temprana como Coulombe, Challener, Piette y Mansfield.

La proximidad, tanto a su estrella como a nosotros, ayudó a hacer de WASP-18 b un objetivo tan intrigante para los científicos, al igual que su gran masa. WASP-18 b es uno de los mundos más masivos cuyas atmósferas podemos investigar. Queremos saber cómo se forman esos planetas y cómo llegan a estar donde están. Esto también tiene algunas respuestas tempranas de Webb.

“Al analizar el espectro de WASP-18b, no solo aprendemos sobre las diversas moléculas que se pueden encontrar en su atmósfera, sino también sobre la forma en que se formó. Encontramos a partir de nuestras observaciones que la composición de WASP-18 b es muy similar a la de su estrella, lo que significa que lo más probable es que se formó a partir del gas sobrante que estaba presente justo después del nacimiento de la estrella”, dijo Coulombe. “Esos resultados son muy valiosos para obtener una imagen clara de cómo extraños planetas como WASP-18 b, que no tienen contraparte en nuestro sistema solar, llegan a existir”.


Los científicos utilizaron el Telescopio Espacial James Webb para observar el exoplaneta WASP-18 b y su estrella antes, durante y después de que el planeta fuera eclipsado. Al medir el cambio en la luz cuando el planeta viaja detrás de la estrella, se revela el brillo del planeta. A partir de estas mediciones, los científicos pudieron hacer un mapa de temperatura del lado diurno del planeta. Rango de temperatura mostrado: 2,800 a 4,800 grados Fahrenheit (1,500 a 2,600 grados Celsius). Crédito: NASA/JPL-Caltech (R. Hurt/IPAC)

Referencia: Exoplanet Exploration, NASA: https://exoplanets.nasa.gov/

Portada: WASP-18 b, visto en un concepto artístico, es un exoplaneta gigante gaseoso 10 veces más masivo que Júpiter que orbita su estrella en solo 23 horas. Los investigadores utilizaron el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para estudiar el planeta mientras se movía detrás de su estrella. Las temperaturas allí alcanzan los 5.000 grados Fahrenheit (2.700 C). Crédito: NASA/JPL-Caltech (K. Miller/IPAC)

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