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Los científicos miden la atmósfera de un planeta en otro sistema solar a 340 años luz de distancia

by notiulti

El concepto de un artista de un planeta extrasolar “Júpiter caliente”. Crédito: NASA, ESA y L. Hustak (STScI)

Un equipo internacional de científicos, utilizando el telescopio terrestre del Observatorio Gemini en Chile, es el primero en medir directamente la cantidad de agua y monóxido de carbono en la atmósfera de un planeta en otro sistema solar a aproximadamente 340 años luz de distancia.

El equipo está dirigido por el profesor asistente Michael Line de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Universidad Estatal de Arizona, y los resultados se publicaron hoy (27 de octubre de 2021) en la revista. Naturaleza.

Hay miles de planetas conocidos fuera de nuestro propio sistema solar (llamados exoplanetas). Los científicos utilizan tanto telescopios espaciales como telescopios terrestres para examinar cómo se forman estos exoplanetas y en qué se diferencian de los planetas de nuestro propio sistema solar.

Para este estudio, Line y su equipo se centraron en el planeta “WASP-77Ab”, un tipo de

exoplaneta
Un exoplaneta (o planeta extrasolar) es un planeta que se encuentra fuera del Sistema Solar, orbitando alrededor de una estrella distinta al Sol. La primera sospecha de detección científica de un exoplaneta ocurrió en 1988, y la primera confirmación de detección se produjo en 1992.

“> exoplaneta llamado “caliente

Júpiter
Júpiter es el planeta más grande del sistema solar y el quinto planeta desde el sol. Es un gigante gaseoso con una masa mayor que todos los demás planetas combinados. Su nombre proviene del dios romano Júpiter.

“> Júpiter”Porque son como el Júpiter de nuestro sistema solar, pero con una temperatura superior a los 2000 grados

Fahrenheit
La escala Fahrenheit es una escala de temperatura, que lleva el nombre del físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit y se basa en una que propuso en 1724. En la escala de temperatura Fahrenheit, el punto de congelación del agua se congela es 32 ° F y el agua hierve a 212 ° F, un Separación de 180 ° F, según se define al nivel del mar y presión atmosférica estándar.

“> Fahrenheit.

Luego se enfocaron en medir la composición de su atmósfera para determinar qué elementos están presentes, en comparación con la estrella que orbita.

“Debido a sus tamaños y temperaturas, los Júpiter calientes son excelentes laboratorios para medir gases atmosféricos y probar nuestras teorías de formación de planetas”, dijo Line.

Si bien todavía no podemos enviar naves espaciales a planetas más allá de nuestro sistema solar, los científicos pueden estudiar la luz de los exoplanetas con telescopios. Los telescopios que utilizan para observar esta luz pueden estar en el espacio, como el

telescopio espacial Hubble
El telescopio espacial Hubble (a menudo denominado Hubble o HST) es uno de los grandes observatorios de la NASA y fue lanzado a la órbita terrestre baja en 1990. Es uno de los telescopios espaciales más grandes y versátiles en uso y cuenta con un espejo de 2,4 metros y cuatro instrumentos principales que observan en las regiones ultravioleta, visible e infrarroja cercana del espectro electromagnético. Lleva el nombre del astrónomo Edwin Hubble.

“> Telescopio espacial Hubble, o desde el suelo, como los telescopios del Observatorio Gemini.

Line y su equipo habían estado muy involucrados en la medición de la composición atmosférica de exoplanetas usando el Hubble, pero obtener estas mediciones fue un desafío. No solo hay una fuerte competencia por el tiempo del telescopio, los instrumentos de Hubble solo miden agua (u oxígeno) y el equipo también necesitaba recopilar mediciones de monóxido de carbono (o carbono).

Aquí es donde el equipo se dirigió al telescopio Gemini South.

“Necesitábamos probar algo diferente para abordar nuestras preguntas”, dijo Line. “Y nuestro análisis de las capacidades de Gemini South indicó que podríamos obtener mediciones atmosféricas ultraprecisas”.

Gemini South es un telescopio de 8,1 metros de diámetro ubicado en una montaña en los Andes chilenos llamada Cerro Pachón, donde el aire muy seco y una capa de nubes insignificante lo convierten en una ubicación privilegiada para el telescopio. Es operado por NOIRLab (Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja) de la National Science Foundation.

Usando el telescopio Gemini South, con un instrumento llamado Espectrómetro Infrarrojo de Rejilla de Inmersión (IGRINS), el equipo observó el brillo térmico del exoplaneta mientras orbitaba su estrella anfitriona. A partir de este instrumento, recopilaron información sobre la presencia y cantidades relativas de diferentes gases en su atmósfera.

Al igual que los satélites meteorológicos y climáticos que se utilizan para medir la cantidad de vapor de agua y dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra, los científicos pueden utilizar espectrómetros y telescopios, como IGRINS en Gemini South, para medir las cantidades de diferentes gases en otros planetas.

“Tratar de averiguar la composición de las atmósferas planetarias es como intentar resolver un crimen con huellas dactilares”, dijo Line. “Una huella dactilar manchada en realidad no la reduce demasiado, pero una huella dactilar muy agradable y limpia proporciona un identificador único de quién cometió el delito”.

Mientras que el telescopio espacial Hubble proporcionó al equipo tal vez una o dos huellas dactilares borrosas, IGRINS en Gemini South proporcionó al equipo un conjunto completo de huellas dactilares perfectamente claras.

Y con mediciones claras de agua y monóxido de carbono en la atmósfera de WASP-77Ab, el equipo pudo estimar las cantidades relativas de oxígeno y carbono en la atmósfera del exoplaneta.

Atmósfera de exoplanetas con cambio Doppler

Midiendo el desplazamiento Doppler ilustrado en la columna de la derecha de esta figura, los científicos pueden reconstruir la velocidad orbital de un planeta en el tiempo hacia la Tierra o alejándose de ella. La fuerza de la señal del planeta como se muestra en la columna del medio, a lo largo de la velocidad aparente esperada (curva punteada azul marino) del planeta mientras orbita la estrella, contiene información sobre las cantidades de diferentes gases en la atmósfera. Crédito: P. Smith / M. Líneas. Selkirk / ASU

“Estas cantidades estuvieron en línea con nuestras expectativas y son aproximadamente las mismas que las de la estrella anfitriona”, dijo Line.

Obtener abundancias de gas ultraprecisas en atmósferas de exoplanetas no solo es un logro técnico importante, especialmente con un telescopio terrestre, sino que también puede ayudar a los científicos a buscar vida en otros planetas.

“Este trabajo representa una demostración pionera de cómo mediremos en última instancia los gases de firma biológica como el oxígeno y el metano en mundos potencialmente habitables en un futuro no muy lejano”, dijo Line.

Lo que Line y el equipo esperan hacer a continuación es repetir este análisis para muchos más planetas y construir una “muestra” de mediciones atmosféricas en al menos 15 planetas más.

“Ahora estamos en el punto en el que podemos obtener precisiones de abundancia de gas comparables a las de esos planetas de nuestro propio sistema solar. Medir la abundancia de carbono y oxígeno (y otros elementos) en las atmósferas de una muestra más grande de exoplanetas proporciona un contexto muy necesario para comprender los orígenes y la evolución de nuestros propios gigantes gaseosos como Júpiter y

Saturno
Saturno es el sexto planeta desde el sol y tiene la segunda masa más grande del Sistema Solar. Tiene una densidad mucho menor que la de la Tierra pero un volumen mucho mayor. El nombre de Saturno proviene del dios romano de la riqueza y la agricultura.

“> Saturno”, Dijo Line.

También esperan con ansias lo que los futuros telescopios podrán ofrecer.

“Si podemos hacer esto con la tecnología actual, piense en lo que seremos capaces de hacer con los telescopios emergentes como el Telescopio Gigante de Magallanes”, dijo Line. “Es una posibilidad real que podamos utilizar este mismo método a finales de esta década para olfatear posibles firmas de vida, que también contienen carbono y oxígeno, en planetas rocosos similares a la Tierra más allá de nuestro propio sistema solar”.

Referencia: “C / O solar y metalicidad sub-solar en una atmósfera caliente de Júpiter” por Michael R. Line, Matteo Brogi, Jacob L. Bean, Siddharth Gandhi, Joseph Zalesky, Vivien Parmentier, Peter Smith, Gregory N. Mace, Megan Mansfield, Eliza M.-R. Kempton, Jonathan J. Fortney, Evgenya Shkolnik, Jennifer Patience, Emily Rauscher, Jean-Michel Désert y Joost P. Wardenier, 27 de octubre de 2021, Naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03912-6

Además de Line, el equipo de investigación incluye a Joseph Zalesky, Evgenya Shkolnik, Jennifer Patience y Peter Smith de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU; Matteo Brogi y Siddharth Gandhi del

Universidad de Warwick
Fundada en 1965 como parte de una iniciativa del gobierno para expandir la educación superior, la Universidad de Warwick es una universidad pública de investigación con 29 departamentos académicos y más de 50 centros e institutos de investigación. Se encuentra en las afueras de Coventry, entre West Midlands y Warwickshire, Inglaterra.

“> Universidad de Warwick (REINO UNIDO); Jacob Bean y Megan Mansfield del

Universidad de Chicago
Fundada en 1890, la Universidad de Chicago (UChicago, U of C o Chicago) es una universidad privada de investigación en Chicago, Illinois. Ubicada en un campus de 217 acres en el vecindario Hyde Park de Chicago, cerca del lago Michigan, la escuela ocupa los diez primeros puestos en varias clasificaciones nacionales e internacionales. UChicago también es conocida por sus escuelas profesionales: Pritzker School of Medicine, Booth School of Business, Law School, School of Social Service Administration, Harris School of Public Policy Studies, Divinity School y Graham School of Continuing Liberal and Professional Studies, y Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular.

“> Universidad de Chicago; Vivien Parmentier y Joost Wardenier del

Universidad de Oxford
La Universidad de Oxford es una universidad de investigación colegiada en Oxford, Inglaterra, que se compone de 39 facultades constituyentes y una variedad de departamentos académicos, que están organizados en cuatro divisiones. Se estableció alrededor de 1096, lo que la convierte en la universidad más antigua del mundo de habla inglesa y la segunda universidad más antigua del mundo en funcionamiento continuo después de la Universidad de Bolonia.

“> Universidad de Oxford (REINO UNIDO); Gregory Mace de la Universidad de Texas en Austin; Eliza Kempton de la Universidad de Maryland; Jonathan Fortney de la Universidad de California, Santa Cruz; Emily Rauscher de la Universidad de Michigan; y Jean-Michel Désert de la Universidad de Amsterdam.

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