Es la primera vez que un equipo de astrónomos han encontrado “evidencia clara” de la presencia de dióxido de carbono en la atmósfera de un exoplaneta (un planeta fuera de nuestro sistema solar). Esto podría significar la posible “presencia de vida” en ese mundo distante.

El descubrimiento, aceptado para su publicación en Nature y publicado en línea el 25 de agosto, demuestra el poder del telescopio espacial James Webb (JWST) para ofrecer observaciones sin precedentes de las atmósferas de los exoplanetas.

Natalie Batalha, profesora de astronomía y astrofísica de la Universidad de California en Santa Cruz, dirige el equipo de astrónomos que ha realizado la detección, utilizando el JWST para observar un planeta de la masa de Saturno llamado WASP-39b que orbita muy cerca de una estrella similar al sol a unos 700 años luz de la Tierra.

Batalha dijo:

“Las observaciones anteriores de este planeta con el Hubble y el Spitzer nos habían dado indicios tentadores de que podía haber dióxido de carbono. Los datos del JWST mostraron una característica inequívoca de dióxido de carbono que era tan prominente que prácticamente nos estaba gritando”.

Dióxido de carbono. ¿Indicador de vida?

Esta ilustración muestra cómo podría verse el exoplaneta WASP-39b, según la comprensión actual del planeta. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted

El dióxido de carbono es un componente importante de las atmósferas de los planetas de nuestro sistema solar, que se encuentra en planetas rocosos como Marte y Venus, así como en gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. Para los investigadores de exoplanetas, es importante tanto por ser un gas que probablemente puedan detectar en pequeños planetas rocosos como por ser un indicador de la abundancia general de elementos pesados en las atmósferas de los planetas gigantes.

Jonathan Fortney, profesor de astronomía y astrofísica en la UCSC y director del Other Worlds Laboratory, dijo en un comunicado:

“El dióxido de carbono es en realidad una vara de medir muy sensible -la mejor que tenemos- para los elementos pesados en las atmósferas de los planetas gigantes, por lo que el hecho de que podamos verlo con tanta claridad es realmente genial”.

Las estrellas y los planetas gigantes gaseosos están formados principalmente por los elementos más ligeros, hidrógeno y helio, pero la abundancia de elementos más pesados -lo que los astrónomos llaman “metalicidad”- es un factor crítico en la formación de los planetas, explicó Fortney.

Fortney agregó:

“La capacidad de determinar la cantidad de elementos pesados en un planeta es fundamental para entender cómo se formó, y podremos utilizar esta vara de medir de dióxido de carbono para un montón de exoplanetas para construir una comprensión completa de la composición de los planetas gigantes”.

El equipo de Batalha observó a WASP-39b como parte de un programa científico de liberación temprana del JWST para estudiar exoplanetas en tránsito. Un planeta en tránsito pasa por delante de su estrella visto desde la Tierra, lo que permite a los astrónomos analizar la luz estelar que atraviesa la atmósfera del planeta, donde gases como el dióxido de carbono absorben ciertas longitudes de onda de la luz.

Hallazgo impresionante

Un espectro de transmisión del exoplaneta gigante de gas caliente WASP-39 b capturado por el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) de JWST el 10 de julio de 2022 revela la primera evidencia clara de dióxido de carbono en un planeta fuera del sistema solar. Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Joseph Olmsted (STScI)

Utilizando el Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) del JWST, el equipo obtuvo un “espectro de transmisión” de alta resolución que muestra la luz transmitida a través de la atmósfera de WASP-39b separada en las longitudes de onda que la componen. Batalha dijo que los datos produjeron “exquisitas curvas de luz” y mostraron que el instrumento NIRSpec está superando las expectativas de la espectroscopia de transmisión. Esto es un buen presagio para las observaciones de pequeños planetas rocosos, que se espera que tengan dióxido de carbono en sus atmósferas (cuando tengan atmósferas) pero que no darán una señal tan fuerte como un planeta gigante como WASP-39b.

Batalha dijo:

“Esta detección servirá como punto de referencia útil de lo que podemos hacer para detectar dióxido de carbono en planetas terrestres en el futuro. Es el gas atmosférico más probable que detectaremos con JWST en atmósferas de exoplanetas de tamaño terrestre”.

Además del dióxido de carbono, los investigadores detectaron otra característica interesante en el espectro de WASP-39b que aún no han identificado.

Batalha agregó:

“Es una característica misteriosa por ahora. En este trabajo, nos centramos en un estrecho rango de colores infrarrojos; esto es sólo un avance de las características que esperamos ver en el espectro completo”.

Composición similar a Saturno

Una serie de curvas de luz del Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) del Webb muestra el cambio en el brillo de tres longitudes de onda (colores) diferentes de la luz del sistema estelar WASP-39 a lo largo del tiempo a medida que el planeta transitaba por la estrella el 10 de julio de 2022. Crédito: Ilustración: NASA, ESA, CSA y L. Hustak (STScI); Science: The JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science Team

Fortney señaló que WASP-39b parece tener una composición similar a la de Saturno. La metalicidad de Saturno es 10 veces mayor que la del sol, y WASP-39b también parece estar enriquecido en elementos pesados unas 10 veces en relación con el sol.

Fortney dijo:

“Eso es súper interesante, y nos encantaría saber si todos los planetas con masa de Saturno tienen la misma metalicidad. Fue emocionante ver esto en otro sistema, porque no sabíamos qué esperar cuando pasamos de los planetas de nuestro sistema solar a las atmósferas de los exoplanetas”.

Situado en la constelación de Virgo, WASP-39b está más de 20 veces más cerca de su estrella que la Tierra del Sol. Aunque tiene aproximadamente la misma masa que Saturno, es menos denso y aproximadamente un 50 por ciento más grande, probablemente debido al calentamiento por estar tan cerca de su estrella anfitriona. Las observaciones anteriores mostraron que tiene cielos relativamente claros, lo que lo convierte en un buen objetivo para la espectroscopia de transmisión.

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Cuando se publicaron los primeros datos del JWST en julio, los investigadores de exoplanetas de la UCSC estaban recibiendo a 45 astrónomos visitantes para el Other Worlds Laboratory’s annual Exoplanet Summer Program.

Batalha dijo:

“Estábamos todos apiñados alrededor del ordenador portátil echando un primer vistazo al espectro y maravillándonos con él. Es una sensación tremenda, casi eufórica, ver por primera vez algo que ningún otro humano ha visto antes; en eso consiste la ciencia”.

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista Nature. y puede leerse en su totalidad en el servidor de pre-impresión arXiv.

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