Desentrañando los secretos del “Saturno caliente” y su estrella moteada

Los astrónomos utilizaron el telescopio espacial James Webb para estudiar la atmósfera galáctica exoplaneta HAT-P-18 b, encuentra vapor de agua y dióxido de carbono con énfasis en la influencia de las propiedades de la estrella anfitriona en el análisis de datos.

Dirigido por investigadores del Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas (iREx) de la Universidad de Montreal, un equipo de astrónomos ha aprovechado el poder del revolucionario Telescopio Espacial James Webb (JWST) para estudiar «planetas calientes». Saturno“Exoplaneta HAT-P-18 b.

Sus hallazgos fueron publicados el mes pasado en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Societydibuja una imagen completa de la atmósfera de HAT-P-18 b mientras explora el principal desafío de distinguir las señales atmosféricas de la actividad de su estrella.

HAT-P-18 b se encuentra a más de 500 años luz de distancia, con una masa similar a la de Saturno pero un tamaño más cercano al del planeta más grande. Júpiter. Como resultado, el exoplaneta tiene una atmósfera «hinchada» que es particularmente ideal para el análisis.

Representación artística del exoplaneta «Saturno caliente», HAT-P-18 b. Crédito: NASA/Ojos sobre exoplanetas

Pasando sobre una estrella moteada

Las observaciones fueron tomadas desde el Telescopio Espacial James Webb cuando HAT-P-18 b pasó frente a su estrella similar al Sol. Este momento se llama tránsito y es fundamental para detectar y caracterizar un exoplaneta a cientos de años luz de distancia con una precisión asombrosa.

Los astrónomos no observan directamente la luz emitida por el planeta distante. En cambio, estudian cómo la luz de la estrella central es bloqueada y afectada por el planeta que la orbita, por lo que deben intentar separar las señales resultantes de la presencia del planeta de las resultantes de las propiedades de la propia estrella.

La curva de luz muestra el brillo o brillo de una estrella a lo largo del tiempo. Cuando un exoplaneta pasa sobre la estrella, lo que se conoce como tránsito, parte de la luz de la estrella es bloqueada por el exoplaneta. Como resultado, la luminosidad de la estrella disminuye. Cuando una mancha estelar oculta la superficie de la estrella, o cuando un exoplaneta pasa sobre la mancha oscura, los astrónomos pueden ver una señal en la curva de luz en forma de un pequeño bulto en la parte inferior de la curva de luz que pasa. Mire la animación completa de este gráfico a continuación. Fuente: B. Gougeon/Universidad de Montreal

Al igual que nuestro Sol, las estrellas no tienen superficies uniformes. Puede contener manchas estelares oscuras y regiones brillantes, que pueden generar señales que imitan características de la atmósfera del planeta. Un estudio reciente del exoplaneta TRAPPIST-1 b y su estrella TRAPPIST-1, dirigido por la estudiante de doctorado de la UdeM Olivia Lim, fue testigo de una explosión o llamarada en la superficie de la estrella, lo que afectó las observaciones.

En el caso de HAT-P-18 b, Webb pudo capturar el exoplaneta cuando pasaba sobre una mancha oscura en su estrella HAT-P-18. Esto se denomina evento cruzado localizado y su efecto fue evidente en los datos recopilados para el nuevo estudio. El equipo iREx también informó de la presencia de varias otras manchas estelares en la superficie de HAT-P-18 que no estaban oscurecidas por el exoplaneta.

Para determinar con precisión la composición atmosférica del exoplaneta, los investigadores tuvieron que modelar simultáneamente la atmósfera del planeta y las propiedades de su estrella. Señalan en su estudio que tal consideración será crucial a la hora de abordar futuras observaciones de exoplanetas Webb para aprovechar plenamente su potencial.

«Descubrimos que tener en cuenta la contaminación estelar significa manchas y nubes en lugar de neblina y recupera la abundancia de vapor de agua a un ritmo aproximadamente menor», dijo la autora principal Marilou Fournier-Tondreau.

«Por lo tanto, observar la estrella anfitriona del sistema marca una gran diferencia», añadió Fournier Tondreau, quien realizó este trabajo como estudiante de maestría en iREx y ahora está cursando un doctorado. En el Universidad de Oxford.

«Esta es en realidad la primera vez que hemos separado claramente la neblina de las manchas estelares, gracias al instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Non-Slit Spectrograph) en Canadá, que proporciona una cobertura de longitud de onda más amplia que se extiende hasta el rango de luz visible».

Agua, dióxido de carbono y nubes en una atmósfera en llamas

Después de modelar el exoplaneta y la estrella en el sistema HAT-P-18, los astrónomos de iREx realizaron una microdisección de la composición de la atmósfera de HAT-P-18 b. Al examinar la luz que se filtra a través de la atmósfera del exoplaneta cuando pasa por su estrella anfitriona, los investigadores detectaron la presencia de vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2).

Los investigadores también exploraron la posible presencia de sodio y observaron fuertes signos de una superficie de nube en la atmósfera de HAT-P-18 b, que parece silenciar las señales de muchas moléculas dentro de ella. También concluyeron que la superficie de la estrella estaba cubierta de muchas manchas oscuras que podrían afectar significativamente la interpretación de los datos.

Un análisis previo de los mismos datos del Telescopio Espacial James Webb dirigido por un equipo de la Universidad Johns Hopkins también reveló la clara detección de agua y dióxido de carbono, pero también informó la detección de pequeñas partículas a gran altitud llamadas aerosoles y encontró indicios de metano (CH4 ). Los astrónomos de iREx pintan un panorama diferente.

El descubrimiento de CH4 no ha sido confirmado y la abundancia del agua que identificaron fue diez veces menor que la detectada anteriormente. También descubrieron que el descubrimiento de la neblina en el estudio anterior podría ser causado por manchas de estrellas en la superficie de la estrella, destacando la importancia de tener en cuenta la estrella en el análisis.

¿Puede un exoplaneta albergar vida? Improbable. Mientras que moléculas como el agua, el dióxido de carbono y el metano pueden interpretarse como biofirmas o signos de vida, en determinadas proporciones o en combinación con otras moléculas, las abrasadoras temperaturas de HAT-P-18 b se acercan a los 600 grados. Celsius No augura nada bueno para la habitabilidad del planeta.

Las futuras observaciones de otro de los instrumentos del Telescopio Espacial James Webb, el Espectrómetro de Infrarrojo Cercano (NIRSpec), prometen ayudar a mejorar los resultados del equipo, como el descubrimiento del dióxido de carbono, y arrojar más luz sobre las complejidades de este exoplaneta caliente de Saturno. .

Referencia: “Espectroscopia de transmisión en el infrarrojo cercano de HAT-P-18 b con NIRISS: deconstrucción de características planetarias y estelares en la era JWST” por Marilou Fournier Tondreau, Ryan J. MacDonald, Michael Radica, David Lafrenière, Louis Wilbanks, Carolyn Piolette, Louis Philippe Coulombe, Romain Allart, Kim Morel, Etienne Artigao, Loic Albert, Olivia Lim, René Doyon, Björn Beneke, Jason F. Roux, Antoine Darvaux-Bernier, Nicholas B. Cowan, Nicole K. Lewis, Neil James Cook, Laura Flagg, Frédéric Genest, Stéphane Pelletier, Doug Johnston, Lisa Dang, Lisa Kaltenegger, Jake Taylor y Jake D. Turner, 9 de diciembre de 2023. Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
doi: 10.1093/manras/stad3813