Webb detecta diòxid de carboni a l’atmosfera d’un exoplaneta

WASP-39 b és un gegant de gas calent amb una massa aproximadament una quarta part de la de Júpiter (aproximadament la mateixa que Saturn) i un diàmetre 1,3 vegades superior al de Júpiter. La seva extrema inflor està relacionada en part amb la seva alta temperatura (uns 900 °C). A diferència dels gegants de gas més freds i compactes del nostre Sistema Solar, WASP-39 b orbita molt a prop de la seva estrella amfitriona, només aproximadament una vuitena part de la distància entre el Sol i Mercuri, completant un circuit en poc més de quatre dies terrestres. El descobriment del planeta, informat l’any 2011, es va basar en deteccions terrestres de l’enfosquiment subtil i periòdic de la llum de la seva estrella hoste mentre el planeta transita o passa per davant de l’estrella.

Planetes en trànsit com WASP-39 b, les òrbites dels quals observem de punta en lloc de des de dalt, poden oferir als investigadors oportunitats ideals per sondejar atmosferes planetàries.

Durant un trànsit, part de la llum de les estrelles és eclipsada pel planeta completament (provocant l’enfosquiment general) i una part es transmet a través de l’atmosfera del planeta. L’atmosfera filtra uns colors més que d’altres, en funció de factors com de què està feta, el gruix que té i si hi ha núvols o no. (Observem aquest efecte a la nostra pròpia atmosfera a mesura que el color i la qualitat de la llum del dia canvien depenent de com sigui boig o humit l’aire, o on es trobi el Sol al cel.)

Com que diferents gasos absorbeixen diferents combinacions de colors, els investigadors poden analitzar petites diferències en la brillantor de la llum transmesa a través d’un espectre de longituds d’ona i, per tant, determinar exactament de què està formada una atmosfera. Amb la seva combinació d’atmosfera inflada i trànsits freqüents, WASP-39 b és un objectiu ideal per a aquesta tècnica, coneguda com a espectroscòpia de transmissió. L’equip va utilitzar l’espectrògraf d’infrarojos propers de Webb (NIRSpec) per fer aquesta detecció.

En l’espectre resultant de l’atmosfera de l’exoplaneta, el petit turó entre 4,1 i 4,6 micres és qualsevol cosa menys trivial per als investigadors d’exoplanetes. És la primera evidència clara, detallada i indiscutible de diòxid de carboni detectada mai en un planeta fora del Sistema Solar.

“Tan bon punt van aparèixer les dades a la meva pantalla, la característica del diòxid de carboni em va agafar”, va dir Zafar Rustamkulov, estudiant de postgrau a la Universitat Johns Hopkins dels Estats Units i membre de l’equip d’exoplaneta en trànsit. “Va ser un moment especial, creuant un llindar important en les ciències dels exoplanetes”.

Fins i tot sense la forta característica de diòxid de carboni, aquest espectre seria notable. Cap observatori ha mesurat mai diferències tan subtils en la brillantor de tants colors individuals en el rang de 3 a 5,5 micres en un espectre de transmissió d’un exoplaneta. L’accés a aquesta part de l’espectre és crucial per mesurar l’abundància de gasos com l’aigua i el metà, així com el diòxid de carboni, que es creu que existeixen a les atmosferes de molts tipus diferents d’exoplanetes.

“Detectar un senyal tan clar de diòxid de carboni a WASP-39 b és un bon auguri per a la detecció d’atmosferes en planetes més petits i de mida terrestre”, va dir Natalie Batalha de la Universitat de Califòrnia a Santa Cruz, EUA, que dirigeix ​​l’equip d’investigadors. estudiant exoplanetes en trànsit amb Webb.

“És increïble veure que l’instrument NIRSpec de l’ESA produeix aquestes dades increïbles tan aviat a la missió, quan sabem que encara podem millorar la qualitat de les dades en endavant”, va afegir Sarah Kendrew, científica d’instruments i calibració de l’ESA Webb MIRI al Space Telescope Science. Institut de Baltimore, EUA.

Entendre la composició de l’atmosfera d’un planeta és important perquè ens diu alguna cosa sobre l’origen del planeta i com va evolucionar. “Les molècules de diòxid de carboni són traçadors sensibles de la història de la formació del planeta”, va dir Mike Line, membre de l’equip de la Universitat Estatal d’Arizona, EUA. “Mesurant aquesta característica de diòxid de carboni, podem determinar quant sòlid versus quant material gasós es va utilitzar per formar aquest planeta gegant de gas. En la propera dècada, Webb farà aquesta mesura per a una varietat de planetes, proporcionant informació sobre els detalls de com es formen els planetes i la singularitat del nostre propi Sistema Solar”.

Aquests resultats també es basen en la investigació existent del telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA. “Durant les últimes dècades, el telescopi espacial Hubble ha estat sent el precedent dels misteris que contenen aquestes atmosferes, des de núvols que dispersen característiques moleculars enfosquides, fins a deteccions d’absorció de vapor d’aigua i atmosferes que escapen”, va dir la membre de l’equip Hannah Wakeford de la Universitat de Bristol. al Regne Unit. “Webb complementarà i ampliarà aquests estudis amb una major resolució, cobertura de longitud d’ona i precisió per revelar les tendències clau de les dades que apunten a la formació i l’evolució d’aquests planetes”.

L’observació del prisma NIRSpec de WASP-39 b és només una part d’una investigació més gran que inclou observacions del planeta utilitzant diversos instruments, així com observacions d’altres dos planetes en trànsit. La investigació, que forma part del programa Early Release Science, va ser dissenyada per proporcionar a la comunitat de recerca d’exoplanetes dades robustes de Webb tan aviat com sigui possible.

“Veure les dades per primera vegada va ser com llegir un poema sencer, quan abans només teníem cada tres paraules”, va afegir Laura Kreidberg, membre de l’equip de l’Institut Max Planck d’Astronomia a Heidelberg, Alemanya. “Aquests primers resultats són només el començament; Les dades de Early Release Science han demostrat que Webb funciona molt bé, i els exoplanetes més petits i més freds (més semblants a la nostra Terra) estan al seu abast”.

“L’objectiu és analitzar ràpidament les observacions de la ciència de llançament primerenc i desenvolupar eines de codi obert per a la comunitat científica”, va explicar Vivien Parmentier de la Universitat d’Oxford al Regne Unit. “Això permet aportacions d’arreu del món i garanteix que la millor ciència possible surti de les properes dècades d’observacions”.

Aquests resultats es publicaran la setmana vinent a Nature. Les dades es van obtenir durant el programa 1366 de Webb Early Release Science (DD-ERS).

Més productes d’imatge i vídeo via esawebb.org

Sobre Webb

El telescopi espacial James Webb és el principal observatori de ciències espacials del món. Webb resoldrà misteris del nostre Sistema Solar, mirarà més enllà de mons llunyans al voltant d’altres estrelles i investigarà les estructures i els orígens misteriosos del nostre Univers i el nostre lloc en ell. Webb és un programa internacional liderat per la NASA amb els seus socis, l’ESA i l’Agència Espacial Canadenca. Les principals contribucions de l’ESA a la missió són: l’instrument NIRSpec; el conjunt del banc òptic de l’instrument MIRI; la prestació dels serveis de llançament; i personal per donar suport a les operacions de la missió. A canvi d’aquestes contribucions, els científics europeus obtindran una quota mínima del 15% del temps total d’observació, com el telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA.

NIRSpec va ser construït per a l’Agència Espacial Europea (ESA) per un consorci d’empreses europees liderat per Airbus Defence and Space (ADS) amb el Goddard Space Flight Center de la NASA proporcionant els seus subsistemes detectors i micro-obturador.