24/11/2022
300 vistes
16 m’agrada
El telescopi espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA acaba de fer una altra novetat: un retrat molecular i químic dels cels d’un món llunyà. Mentre que Webb i altres telescopis espacials, inclòs el telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA, han revelat anteriorment ingredients aïllats de l’atmosfera d’aquest planeta escalfat, les noves lectures proporcionen un menú complet d’àtoms, molècules i fins i tot signes de química activa i núvols. Les últimes dades també donen una pista de com es podrien veure aquests núvols de prop: trencats en lloc de com una sola manta uniforme sobre el planeta.
La sèrie d’instruments altament sensibles del telescopi es va entrenar a l’atmosfera de WASP-39 b, un “Saturn calent” (un planeta aproximadament tan massiu com Saturn però en una òrbita més estreta que Mercuri) que orbitava una estrella a uns 700 anys llum de distància. Aquest exoplaneta de la mida de Saturn era un dels primer examinat pel telescopi espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA quan va començar les operacions científiques regulars. Els resultats han entusiasmat la comunitat científica dels exoplanetes. Els instruments exquisidament sensibles de Webb han proporcionat un perfil dels constituents atmosfèrics de WASP-39 b i han identificat una gran quantitat de continguts, que inclouen aigua, diòxid de sofre, monòxid de carboni, sodi i potassi.
Les troballes auguren bé la capacitat dels instruments de Webb per dur a terme l’àmplia gamma d’investigacions d’exoplanetes (planetes al voltant d’altres estrelles) que espera la comunitat científica. Això inclou sondejar les atmosferes de planetes més petits i rocosos com els del sistema TRAPPIST-1.
“Vam observar l’exoplaneta amb diversos instruments que en conjunt cobreixen una àmplia franja de l’espectre infraroig i una panoplia d’empremtes dactilars químiques inaccessibles fins a JWST”, va dir Natalie Batalha, astrònom de la Universitat de Califòrnia, Santa Cruz, que va contribuir i va ajudar a coordinar-lo. la nova investigació. “Dades com aquestes són un canvi de joc”.
El conjunt de descobriments es detalla en un conjunt de cinc nous articles científics, tres dels quals estan en premsa i dos dels quals estan en revisió. Entre les revelacions sense precedents hi ha la primera detecció en una atmosfera d’exoplaneta de diòxid de sofre, una molècula produïda a partir de reaccions químiques provocades per la llum d’alta energia de l’estrella mare del planeta. A la Terra, la capa d’ozó protectora a l’atmosfera superior es crea de manera similar.
“Aquesta és la primera vegada que veiem proves concretes de fotoquímica (reaccions químiques iniciades per la llum estel·lar energètica) en exoplanetes”, va dir Shang-Min Tsai, investigador de la Universitat d’Oxford al Regne Unit i autor principal de l’article que explica. l’origen del diòxid de sofre a l’atmosfera de WASP-39 b. “Veig això com una perspectiva realment prometedora per avançar en la nostra comprensió de les atmosferes dels exoplanetes amb [this mission].”
Això va donar lloc a una altra novetat: els científics van aplicar models informàtics de fotoquímica a dades que requereixen una explicació completa d’aquesta física. Les millores resultants en la modelització ajudaran a construir el coneixement tecnològic necessari per interpretar possibles signes d’habitabilitat en el futur.
“Els planetes s’esculpen i es transformen orbitant dins del bany de radiació de l’estrella hoste”, va dir Batalha. “A la Terra, aquestes transformacions permeten que la vida prosperi”.
La proximitat del planeta a la seva estrella hoste, vuit vegades més a prop que Mercuri del nostre Sol, també el converteix en un laboratori per estudiar els efectes de la radiació de les estrelles hostes als exoplanetes. Un millor coneixement de la connexió estrella-planeta hauria d’aportar una comprensió més profunda de com afecten aquests processos la diversitat de planetes observats a la galàxia.
Altres components atmosfèrics detectats pel telescopi Webb inclouen sodi (Na), potassi (K) i vapor d’aigua (H2O), confirmant observacions anteriors de telescopis espacials i terrestres, així com trobar empremtes dactilars addicionals d’aigua, a aquestes longituds d’ona més llargues. que no s’havien vist abans.
Webb també va veure diòxid de carboni (CO2) a una resolució més alta, proporcionant el doble de dades que les que es van informar de les seves observacions anteriors. Mentrestant, es va detectar monòxid de carboni (CO), però les signatures òbvies tant de metà (CH4) com de sulfur d’hidrogen (H2S) estaven absents de les dades de Webb. Si estan presents, aquestes molècules es troben a nivells molt baixos.
Per capturar aquest ampli espectre de l’atmosfera del WASP-39 b, un equip internacional de centenars va analitzar de manera independent les dades de quatre dels modes d’instrument finament calibrats del telescopi Webb.
“Havíem previst què [the telescope] ens mostraria, però era més precís, més divers i més bonic del que crec que realment em creia que seria”, va dir Hannah Wakeford, astrofísica de la Universitat de Bristol al Regne Unit que investiga les atmosferes dels exoplanetes.
Tenir una llista tan completa d’ingredients químics en una atmosfera d’exoplaneta també ofereix als científics una visió de l’abundància de diferents elements en relació entre si, com ara les proporcions de carboni a oxigen o potassi a oxigen. Això al seu torn proporciona una visió de com aquest planeta, i potser d’altres, es va formar a partir del disc de gas i pols que envoltava l’estrella mare en els seus anys més joves.
L’inventari químic de WASP-39 b suggereix una història de trencaments i fusions de cossos més petits anomenats planetesimals per crear un eventual goliat d’un planeta.
“L’abundància de sofre [relative to] L’hidrogen va indicar que presumiblement el planeta va experimentar una important acumulació de planetesimals que poden lliurar [these ingredients] a l’atmosfera”, va dir Kazumasa Ohno, investigador d’exoplanetes de la UC Santa Cruz que va treballar en dades de Webb. “Les dades també indiquen que l’oxigen és molt més abundant que el carboni a l’atmosfera. Això pot indicar que WASP-39 b es va formar originalment lluny de l’estrella central.
En revelar amb precisió els detalls de l’atmosfera d’un exoplaneta, els instruments del telescopi Webb van funcionar molt més enllà de les expectatives dels científics i prometen una nova fase d’exploració de l’àmplia varietat d’exoplanetes de la galàxia.
“Podrem veure el panorama general de les atmosferes dels exoplanetes”, va dir Laura Flagg, investigadora de la Universitat de Cornell i membre de l’equip internacional. “És increïblement emocionant saber que tot es tornarà a escriure. Aquesta és una de les millors parts de ser científic”.
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).
