Webb mesura la temperatura d’un exoplaneta rocós

Aquesta és la primera detecció de qualsevol forma de llum emesa per un exoplaneta tan petit i tan fresc com els planetes rocosos del nostre propi sistema solar. El resultat marca un pas important per determinar si els planetes que orbiten estrelles actives petites com TRAPPIST-1 poden mantenir les atmosferes necessàries per mantenir la vida. També és un bon auguri per a la capacitat de Webb per caracteritzar exoplanetes temperats de la mida de la Terra mitjançant MIRI.: l’innovador instrument d’infraroig mitjà del telescopi, la meitat del qual va ser aportat per Europa.

“Aquestes observacions realment aprofiten la capacitat d’infraroig mitjà de Webb”, va dir Thomas Greene, astrofísic del Centre de Recerca Ames de la NASA i autor principal de l’estudi publicat avui a la revista Nature. “Cap telescopi anterior ha tingut la sensibilitat per mesurar una llum infraroja mitjana tan tènue”.

Planetes rocosos que orbiten nanes vermelles ultrafresques

A principis del 2017, els astrònoms van informar del descobriment de set planetes rocosos orbitant una estrella nana vermella ultrafresca (o nana M) a 40 anys llum de la Terra. El que és notable dels planetes és la seva similitud de mida i massa amb els planetes interiors i rocosos del nostre propi sistema solar. Tot i que tots orbiten molt més a prop de la seva estrella que qualsevol dels nostres planetes al voltant del Sol, tots podrien cabre còmodament dins de l’òrbita de Mercuri, reben quantitats comparables d’energia de la seva petita estrella.

TRAPPIST-1 b, el planeta més interior, té una distància orbital aproximadament una centèsima part de la de la Terra i rep unes quatre vegades la quantitat d’energia que la Terra obté del Sol. Encara que no es troba dins de la zona habitable del sistema, les observacions del planeta poden proporcionar informació important sobre els seus planetes germans, així com els d’altres sistemes nans M.

“Hi ha deu vegades més d’aquestes estrelles a la Via Làctia que d’estrelles com el Sol, i tenen el doble de probabilitats de tenir planetes rocosos que estrelles com el Sol”, va explicar Greene. “Però també són molt actius: són molt brillants quan són joves i emeten bengales i raigs X que poden eliminar l’atmosfera”.

La coautora Elsa Ducrot del CEA a França, que formava part de l’equip que va realitzar els estudis inicials del sistema TRAPPIST-1, va afegir: “És més fàcil caracteritzar planetes terrestres al voltant d’estrelles més petites i fredes. Si volem entendre l’habitabilitat al voltant de les estrelles M, el sistema TRAPPIST-1 és un gran laboratori. Aquests són els millors objectius que tenim per mirar les atmosferes dels planetes rocosos”.

Detecció d’una atmosfera (o no)

Observacions prèvies de TRAPPIST-1 b amb la NASA/ESA Telescopi espacial Hubbleaixí com el telescopi espacial Spitzer de la NASA, no van trobar proves d’una atmosfera inflada, però no van poder descartar-ne una de densa.

Una manera de reduir la incertesa és mesurar la temperatura del planeta. “Aquest planeta està tancat per les marees, amb un costat mirant cap a l’estrella en tot moment i l’altre en una foscor permanent”, va dir Pierre-Olivier Lagage del CEA, coautor del document. “Si té una atmosfera per circular i redistribuir la calor, el dia serà més fresc que si no hi ha atmosfera”.

L’equip va utilitzar una tècnica anomenada fotometria d’eclipsi secundari, en la qual MIRI va mesurar el canvi de brillantor del sistema quan el planeta es movia darrere de l’estrella. Tot i que TRAPPIST-1 b no és prou calent per emetre la seva pròpia llum visible, sí que té una resplendor infraroja. En restar la brillantor de l’estrella per si sola (durant l’eclipsi secundari) de la brillantor de l’estrella i el planeta combinats, van poder calcular amb èxit quanta llum infraroja emet el planeta.

Mesura de minúsculs canvis de brillantor

de Webb la detecció d’un eclipsi secundari és en si mateixa una fita important. Amb l’estrella més de 1.000 vegades més brillant que el planeta, el canvi de brillantor és inferior al 0,1%.

“També hi havia por que ens perdríem l’eclipsi. Tots els planetes s’estiren els uns als altres, de manera que les òrbites no són perfectes “, va dir Taylor Bell, l’investigador postdoctoral de l’Institut d’Investigació Ambiental de l’Àrea de la Badia que va analitzar les dades. “Però va ser increïble: el temps de l’eclipsi que vam veure a les dades va coincidir amb el temps previst en un parell de minuts”.

L’anàlisi de les dades de cinc observacions d’eclipsi secundari independents indica que TRAPPIST-1 b té una temperatura diürna d’uns 500 kelvins, o aproximadament 230 °C. L’equip creu que la interpretació més probable és que el planeta no té atmosfera.

“Hem comparat els resultats amb models informàtics que mostren quina hauria de ser la temperatura en diferents escenaris”, va explicar Ducrot. “Els resultats són gairebé perfectament consistents amb un cos negre fet de roca nua i sense atmosfera per fer circular la calor. Tampoc vam veure cap senyal d’absorció de llum pel diòxid de carboni, cosa que seria evident en aquestes mesures”.

Aquesta investigació es va dur a terme com a part de Observació del temps garantit (GTO) programa 1177que és un dels vuit GTO aprovats i Observador general (GO) programes dissenyats per ajudar a caracteritzar completament el sistema TRAPPIST-1. Eclipsi secundari addicional observacions de TRAPPIST-1 b estan actualment en curs, i ara que saben com de bones poden ser les dades, l’equip espera finalment capturar una corba de fase completa que mostri el canvi de brillantor a tota l’òrbita. Això els permetrà veure com canvia la temperatura del dia a la nit i confirmar si el planeta té atmosfera o no.

“Hi havia un objectiu que somiava tenir”, va dir Lagage, que va treballar en el desenvolupament de la Instrument MIRI durant més de dues dècades. “I va ser aquest. Aquesta és la primera vegada que podem detectar l’emissió d’un planeta rocós i temperat. És un pas molt important la història de descobrir exoplanetes.”

Més informació
Webb és el telescopi més gran i potent mai llançat a l’espai. En virtut d’un acord de col·laboració internacional, l’ESA va proporcionar el servei de llançament del telescopi, utilitzant el vehicle de llançament Ariane 5. Treballant amb socis, l’ESA va ser responsable del desenvolupament i la qualificació de les adaptacions d’Ariane 5 per a la missió Webb i de l’adquisició del servei de llançament per part d’Arianespace. L’ESA també va proporcionar l’espectrògraf de cavall de batalla NIRSpec i el 50% de l’instrument d’infraroig mitjà MIRI, que va ser dissenyat i construït per un consorci d’instituts europeus finançats a nivell nacional (The MIRI European Consortium) en col·laboració amb JPL i la Universitat d’Arizona.

Webb és una associació internacional entre la NASA, l’ESA i l’Agència Espacial Canadenca (CSA).

Contacte:
Relacions amb els mitjans de l’ESA
media@esa.int