El telescopio James Webb detecta CO2 en un exoplaneta

El telescopio James Webb ha detectado signos inequívocos de dióxido de carbono en la atmósfera de un Júpiter caliente, un exoplaneta de características similares a Júpiter, pero que orbita mucho más cerca de su estrella. Estas observaciones son un primer paso en la observación de CO2 y otros compuestos en la atmósfera de planetas similares a la Tierra.

 

El telescopio espacial James Webb no deja de maravillarnos con sus resultados. Desde que vieran la luz las primeras fotografías del telescopio en julio, no ha dejado de estar a la altura de las expectativas, trayéndonos ciencia y descubrimientos cada pocas semanas. En esta ocasión se trata del descubrimiento de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera de un exoplaneta. Esto no es la primera vez que se hace, pues ya en 2008 el telescopio espacial Hubble hizo un descubrimiento similar en la atmósfera de otro exoplaneta. Sin embargo el descubrimiento del James Webb se sitúa casi 10 veces más lejos que el del Hubble, como cabría esperar de su mayor sensibilidad.

Este nuevo telescopio ha estado observando una estrella similar al Sol, situada a unos 700 años luz de distancia en la constelación de Virgo. Esta estrella recibió el nombre de WASP-39 en el momento de su descubrimiento pues fue la trigésimo novena estrella alrededor de la cual el proyecto WASP observó un exoplaneta. Más recientemente se le ha dado el más agradable nombre de Malmok. En 2011 el proyecto WASP detectó al planeta WASP-39b, un gigante gaseoso del tipo conocido como “Júpiter caliente”, con una masa similar a la de Saturno (un cuarto de la masa de Júpiter) pero un tamaño mayor al de Júpiter, con un radio 1,3 veces mayor. Este gran tamaño y pequeña masa significa que el planeta es muy poco denso, teniendo una densidad aproximadamente una quinta parte de la densidad del agua.

NASA & STScI | Disminución del brillo de WASP-39 durante el tránsito del exoplaneta
NASA & STScI | Disminución del brillo de WASP-39 durante el tránsito del exoplaneta

El gran tamaño de WASP-39b se debe sin duda a la temperatura que alcanza su atmósfera, debida a la cercanía del planeta a la estrella. Se han medido temperaturas de 900 ºC provenientes del exoplaneta, que orbita alrededor de su estrella cada cuatro días a un octavo de la distancia que separa a Mercurio del Sol. Este planeta ha sido estudiado con anterioridad por telescopios como Hubble o Spitzer, que detectaron vapor de agua, sodio y potasio en su atmósfera. La mayor sensibilidad del telescopio James Webb en frecuencias infrarrojas ha permitido ahora detectar también dióxido de carbono.

El planeta WASP-39b, que recibió el nombre Bocaprins hace tres años, fue detectado mediante el método de tránsito, por el cual un exoplaneta transita por delante de su estrella (la eclipsa) de forma que podemos aprovechar el cambio en el brillo recibido desde la Tierra para detectarlo. Este método, además de permitirnos detectar lejanos exoplanetas, nos permite estudiar en cierto detalle su atmósfera, pues la luz de su estrella es filtrada por los gases que la componen, que absorberán ciertas frecuencias pero no otras. Esto nos permite, si tenemos la sensibilidad suficiente, estudiar la composición química de dichas atmósferas en detalle. Con la combinación de atmósfera poco densa y tránsitos frecuentes (cada 4 días), el planeta Bocaprins es un candidato perfecto para estudiarlo con espectroscopía de transmisión, que es como se conoce a esta técnica. Es por eso mismo que ha sido elegido como uno de los primeros objetivos del James Webb.

NASA & STScI | Variación de la luz absorbida en función de la longitud de onda
NASA & STScI | Variación de la luz absorbida en función de la longitud de onda

Utilizando el Espectógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec por sus siglas en inglés) a bordo del telescopio, el equipo comprobó que la atmósfera de WASP-39b absorbía más luz de la normal en longitudes de onda entre los 4,1 y los 4,6 micrómetros, signo inequívoco de la presencia del dióxido de carbono. La sensibilidad del James Webb en esta parte del espectro resultará clave para la detección de moléculas de vapor de agua, metano y dióxido de carbono en atmósferas de exoplanetas. Esta combinación de gases tal vez te suene de otra disciplina científica y es que son los tres gases principales responsables del calentamiento global. Esto es así precisamente por el mismo motivo por el que resultan especialmente interesantes para el telescopio James Webb, por su absorción de luz infrarroja.

La detección de una señal tan clara de la presencia de dióxido de carbono en la atmósfera del planeta Bocaprins nos da esperanzas sobre la capacidad del James Webb de detectar esta molécula en la atmósfera de planetas más pequeños y más parecidos a la Tierra. La composición de la atmósfera de un exoplaneta es capaz de decirnos mucho sobre su formación y su posterior evolución. Además puede ser clave para descubrir los primeros indicios de vida extraterrestre. El dióxido de carbono es uno de los productos de desecho creados por la vida terrestre, aunque también sabemos de muchos procesos geológicos y atmosféricos que pueden crearlo. Sin embargo, otros compuestos se producen casi exclusivamente por procesos biológicos y detectarlos en la atmósfera de un exoplaneta sería un signo casi inequívoco de la presencia de vida en dicho planeta.

Estas observaciones del planeta WASP-39b por parte del telescopio James Webb han venido acompañadas de observaciones con otros instrumentos de este y otros dos exoplanetas más. Esto ha sido parte del programa de Primeras Observaciones Científicas (Early Release Science en inglés), con el cual se ha querido brindar a la comunidad científica con datos sólidos en este área lo antes posible. Esta iniciativa tiene como objetivo promover la colaboración entre instituciones y la creación de herramientas de software libre que permitan un mayor acceso al conocimiento científico.

Referencias:

Jamie Adkins, 2022, NASA’s Webb Detects Carbon Dioxide in Exoplanet Atmosphere, NASA

Ray Villard, 2008, Hubble Finds Carbon Dioxide on an Extrasolar Planet, NASA

José Luis Oltra de perfil

José Luis Oltra (Cuarentaydos)

Soy físico de formación y viajero de vocación. Divulgo ciencia allí donde me lo permiten, aunque principalmente en youtube y tiktok bajo el nombre de Cuarentaydos. Por aquí me verás hablando de la física del universo, desde las galaxias y estrellas más grandes hasta las partículas subatómicas que las componen.

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