Las mediciones infrarrojas de TRAPPIST-1 c indican que probablemente no se parezca tanto a Venus como se imaginaba.
Un equipo internacional de investigadores ha utilizado el telescopio espacial James Webb de la NASA para calcular la cantidad de energía térmica procedente del exoplaneta rocoso TRAPPIST-1 c. El resultado sugiere que la atmósfera del planeta (si es que existe) es extremadamente delgada.
El concepto de este artista muestra cómo podría verse el exoplaneta rocoso y caliente TRAPPIST-1 c según este trabajo. TRAPPIST-1 c, el segundo de los siete planetas conocidos en el sistema TRAPPIST-1, orbita su estrella a una distancia de 0,016 AU (aproximadamente 1,5 millones de millas), completando un circuito en sólo 2,42 días terrestres. TRAPPIST-1 c es un poco más grande que la Tierra, pero tiene aproximadamente la misma densidad, lo que indica que debe tener una composición rocosa. La medición de Webb de la luz infrarroja media de 15 micrones emitida por TRAPPIST-1 c sugiere que el planeta tiene una superficie rocosa desnuda o una atmósfera muy delgada de dióxido de carbono.
Con una temperatura diurna de aproximadamente 380 kelvin (aproximadamente 225 grados Fahrenheit), TRAPPIST-1 c es ahora el exoplaneta rocoso más frío jamás caracterizado basándose en su emisión térmica . La precisión necesaria para estas mediciones demuestra aún más la utilidad de Webb para caracterizar exoplanetas rocosos similares en tamaño y temperatura a los de nuestro propio sistema solar.
El resultado marca un paso más para determinar si los planetas que orbitan pequeñas enanas rojas como TRAPPIST-1, el tipo de estrella más común en la galaxia, pueden sustentar las atmósferas necesarias para sustentar la vida tal como la conocemos.
“Queremos saber si los planetas rocosos tienen atmósferas o no”, dijo Sebastian Zieba, estudiante de posgrado en el Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania y primer autor de los resultados que se publican hoy en Nature . “En el pasado, sólo podíamos estudiar planetas con atmósferas espesas y ricas en hidrógeno. Con Webb finalmente podremos empezar a buscar atmósferas dominadas por oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono”.
“TRAPPIST-1 c es interesante porque es básicamente un gemelo de Venus: tiene aproximadamente el mismo tamaño que Venus y recibe una cantidad similar de radiación de su estrella anfitriona a la que Venus recibe del Sol”, explicó la coautora Laura Kreidberg, también de Max. Plank. “Pensamos que podría tener una atmósfera espesa de dióxido de carbono como Venus”.
TRAPPIST-1 c es uno de los siete planetas rocosos que orbitan una estrella enana roja ultrafría (o enana M) a 40 años luz de la Tierra. Aunque los planetas son similares en tamaño y masa a los planetas rocosos interiores de nuestro propio sistema solar, no está claro si en realidad tienen atmósferas similares. Durante los primeros mil millones de años de sus vidas, las enanas M emiten rayos X brillantes y radiación ultravioleta que pueden fácilmente despojar a una atmósfera planetaria joven. Además, puede que haya o no suficiente agua, dióxido de carbono y otros volátiles disponibles para formar atmósferas sustanciales cuando se formaron los planetas.
Para abordar estas preguntas, el equipo utilizó MIRI (Instrumento de infrarrojo medio de Webb) para observar el sistema TRAPPIST-1 en cuatro ocasiones distintas mientras el planeta se movía detrás de la estrella, un fenómeno conocido como eclipse secundario . Al comparar el brillo cuando el planeta está detrás de la estrella (solo luz estelar) con el brillo cuando el planeta está al lado de la estrella (luz de la estrella y el planeta combinados), el equipo pudo calcular la cantidad de luz infrarroja media con longitudes de onda de 15 micrones emitidos por el lado diurno del planeta.
Esta curva de luz muestra el cambio en el brillo del sistema TRAPPIST-1 a medida que el segundo planeta, TRAPPIST-1 c, se mueve detrás de la estrella. Este fenómeno se conoce como eclipse secundario. Los astrónomos utilizaron el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de Webb para medir el brillo de la luz del infrarrojo medio. Cuando el planeta está al lado de la estrella, la luz emitida tanto por la estrella como por el lado diurno del planeta llega al telescopio y el sistema parece más brillante. Cuando el planeta está detrás de la estrella, la luz emitida por el planeta se bloquea y sólo la luz de la estrella llega al telescopio, lo que hace que el brillo aparente disminuya.
Este método es el mismo que utilizó otro equipo de investigación para determinar que TRAPPIST-1 b , el planeta más interno del sistema, probablemente carece de atmósfera.
La cantidad de luz infrarroja media emitida por un planeta está directamente relacionada con su temperatura, que a su vez está influenciada por la atmósfera. El gas dióxido de carbono absorbe preferentemente luz de 15 micrones, lo que hace que el planeta parezca más oscuro en esa longitud de onda. Sin embargo, las nubes pueden reflejar la luz, haciendo que el planeta parezca más brillante y enmascarando la presencia de dióxido de carbono.
Además, una atmósfera sustancial de cualquier composición redistribuirá el calor del lado diurno al lado nocturno, haciendo que la temperatura del lado diurno sea más baja de lo que sería sin atmósfera. (Debido a que TRAPPIST-1 c orbita tan cerca de su estrella, aproximadamente a 1/50 de la distancia entre Venus y el Sol, se cree que está bloqueado por mareas, con un lado en perpetua luz del día y el otro en una oscuridad infinita).
Aunque estas mediciones iniciales no proporcionan información definitiva sobre la naturaleza de TRAPPIST-1 c, sí ayudan a reducir las posibilidades probables. “Nuestros resultados son consistentes con que el planeta sea una roca desnuda sin atmósfera, o que el planeta tenga una atmósfera de CO2 muy delgada (más delgada que la de la Tierra o incluso Marte) sin nubes”, dijo Zieba. “Si el planeta tuviera una atmósfera espesa de CO2, habríamos observado un eclipse secundario muy superficial, o ninguno en absoluto. Esto se debe a que el CO2 absorbería toda la luz de 15 micrones, por lo que no detectaríamos ninguna proveniente del planeta”.
Los datos también muestran que es poco probable que el planeta sea un verdadero análogo de Venus con una espesa atmósfera de CO2 y nubes de ácido sulfúrico.
La ausencia de una atmósfera espesa sugiere que el planeta pudo haberse formado con relativamente poca agua. Si los planetas TRAPPIST-1, más fríos y templados, se formaron en condiciones similares, es posible que también hayan comenzado con poca agua y otros componentes necesarios para hacer un planeta habitable.
La sensibilidad necesaria para distinguir entre diversos escenarios atmosféricos en un planeta tan pequeño y tan lejano es realmente notable. La disminución del brillo que Webb detectó durante el eclipse secundario fue de sólo el 0,04 por ciento: equivalente a mirar una pantalla de 10.000 pequeñas bombillas y darse cuenta de que sólo cuatro se han apagado.
Este gráfico compara el brillo medido de TRAPPIST-1 c con datos de brillo simulados para tres escenarios diferentes. La medición (diamante rojo) es consistente con una superficie rocosa desnuda sin atmósfera (línea verde) o una atmósfera muy delgada de dióxido de carbono sin nubes (línea azul). Es poco probable que se produzca una atmósfera espesa, rica en dióxido de carbono y con nubes de ácido sulfúrico, similar a la de Venus (línea amarilla).
“Es extraordinario que podamos medir esto”, afirmó Kreidberg. “Durante décadas ha habido dudas sobre si los planetas rocosos pueden mantener atmósferas. La capacidad de Webb realmente nos lleva a un régimen en el que podemos comenzar a comparar sistemas de exoplanetas con nuestro sistema solar como nunca antes lo habíamos hecho”.
Esta investigación se realizó como parte del programa 2304 de Observadores Generales (GO) de Webb , que es uno de los ocho programas del primer año de ciencias de Webb diseñados para ayudar a caracterizar completamente el sistema TRAPPIST-1. El próximo año, los investigadores llevarán a cabo una investigación de seguimiento para observar las órbitas completas de TRAPPIST-1 b y TRAPPIST-1 c. Esto permitirá ver cómo cambian las temperaturas del lado diurno al nocturno de los dos planetas y proporcionará más restricciones sobre si tienen atmósferas o no.
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mirará más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense). MIRI fue aportado por la NASA y la ESA, y el instrumento fue diseñado y construido por un consorcio de institutos europeos financiados a nivel nacional (el Consorcio Europeo MIRI) y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en asociación con la Universidad de Arizona.
