Los astrónomos han encontrado dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera de un planeta del tamaño de Saturno a 700 años luz de distancia, la primera detección inequívoca del gas en un planeta más allá del Sistema Solar. El descubrimiento, realizado por el Telescopio Espacial James Webb, proporciona pistas sobre cómo se formó el planeta. El resultado también muestra cuán rápido Webb puede identificar una serie de otros gases, como el metano y el amoníaco, que podrían insinuar la habitabilidad potencial de un planeta para la vida.
Webb está «marcando el comienzo de esta nueva era de la ciencia atmosférica de los exoplanetas», dice Nikku Madhusudhan de la Universidad de Cambridge, que no participó en el estudio.
El telescopio Webb es sensible a las longitudes de onda infrarrojas de luz que en su mayoría están bloqueadas por la atmósfera de la Tierra. Ya ha deslumbrado a los astrónomos con su capacidad para poner a la vista las estrellas y galaxias más distantes del universo.
Pero la sensibilidad infrarroja también es fundamental para los investigadores que estudian mundos mucho más cercanos a casa, en la Vía Láctea. Cuando la órbita de un exoplaneta lo lleva frente a su estrella, parte de la luz de la estrella atraviesa la atmósfera del planeta y deja huellas dactilares de su composición. Los gases atmosféricos absorben longitudes de onda de luz específicas, que se muestran como caídas en el brillo cuando la luz de las estrellas se dispersa en un espectro.
Para la mayoría de los gases de interés, las caídas ocurren en longitudes de onda infrarrojas. El Telescopio Espacial Hubble y su hermano infrarrojo, el Telescopio Espacial Spitzer, han detectado vapor de agua, metano y monóxido de carbono alrededor de algunos exoplanetas gigantes calientes, pero poco más.
Webb promete revelar muchos más gases en planetas más pequeños del tamaño de Neptuno y potencialmente incluso en planetas rocosos de tamaño similar a la Tierra, aunque es poco probable que pueda confirmar la existencia de vida.
Para sus primeras observaciones de exoplanetas, los astrónomos se dirigieron al gigante de gas caliente WASP-39b, que orbita su estrella cada 4 días en una órbita mucho más estrecha que la de Mercurio. Los primeros datos se tomaron el 10 de julio y el equipo comenzó a trabajar en ellos unos días después. Incluso en datos sin procesar basados en un solo tránsito a través de la estrella, la caída espectral de CO2 “sobresale como un pulgar dolorido”, dice el miembro del equipo de Webb, Jacob Bean, de la Universidad de Chicago. Ha habido algunas detecciones tentativas del gas antes, dice, pero ninguna de ellas se mantuvo bajo escrutinio. El espectro de Webb era “del tamaño correcto, la forma correcta y en la posición correcta”, dice Bean. «CO2 acaba de salir.”
Bean y sus colegas informó los resultados ayer en el servidor de preprints arXiv y aparecerán en Naturaleza en el futuro cercano.
Hubble y Spitzer han encontrado previamente vapor de agua, sodio y potasio en la atmósfera de WASP-39b. Webb ahora ha agregado CO2, así como otro gas cuya firma espectral fue inicialmente un misterio. Observaciones posteriores revelaron de qué se trata, pero Bean no dijo nada al respecto hasta que el resultado sea revisado por pares.
En los próximos meses, el equipo publicará el espectro completo del planeta, desde el óptico hasta el infrarrojo medio, y “hará un inventario químico completo de su atmósfera”, dice la miembro del equipo Laura Kreidberg del Instituto Max Planck de Astronomía.
Encontrar CO2 es valioso porque es una pista sobre la «metalicidad» de un planeta: la proporción de elementos más pesados que el helio en su composición. El hidrógeno y el helio producidos en el big bang son los materiales de partida de toda la materia visible del universo, pero cualquier cosa más pesada se forjó más tarde en las estrellas. Los investigadores creen que un buen suministro de elementos pesados es crucial para crear planetas gigantes. Cuando los planetas se forman a partir de un disco de material alrededor de una nueva estrella, los elementos más pesados forman granos sólidos y guijarros que se juntan en un núcleo sólido que finalmente es lo suficientemente masivo como para atraer gases con su propia gravedad y convertirse en un gigante gaseoso.
desde el CO2 señal de WASP-39b, el equipo estima que la metalicidad del planeta coincide aproximadamente con la de Saturno. Curiosamente, WASP-39b tiene aproximadamente la misma masa que Saturno. Los planetas comparten algunos puntos en común a pesar de que tienen órbitas muy diferentes, dice Bean. “¿Podemos encontrar una historia común para estos dos objetos?” él dice. «Todavía no lo sé».
Con Webb, encontrar “sustancias químicas importantes será la norma y no la excepción”, dice Madhusudhan. Él predice que cuando Webb comience a estudiar planetas más fríos de un tamaño más cercano a la Tierra, habrá algunas sorpresas reales, tal vez algunos gases que podrían indicar si los planetas son aptos para la vida. “Es una incógnita”, dice. “Todo un zoológico de productos químicos es posible”.
