18 abril 2021

La química del primer exoplaneta en tránsito revela su origen

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El exoplaneta HD 209458b transita su estrella.

El exoplaneta HD 209458b transita su estrella. – UNIVERSITY OF WARWICK/MARK GARLICK

   MADRID, 7 Abr. (EUROPA PRESS) –

   Astrónomos han encontrado pruebas de que el primer exoplaneta identificado en tránsito por su estrella pudo migrar a una órbita cercana desde su lugar de nacimiento original más retirado.

   El análisis de la atmósfera del planeta realizado por un equipo internacional ha identificado la huella química de un planeta que se formó mucho más lejos de su sol de lo que reside actualmente. El hallazgo se publica en Nature. Confirma la idea anterior de que el planeta se ha desplazado a su posición actual después de formarse, a sólo 7 millones de kilómetros de su sol o el equivalente a la una veinteava parte de la distancia de la Tierra a nuestro Sol.

   La Universidad de Warwick, en Reino Unido, dirigió la modelización e interpretación de los resultados, que marcan la primera vez que se miden hasta seis moléculas de la atmósfera de un exoplaneta para determinar su composición.

   También es la primera vez que los astrónomos utilizan estas seis moléculas para señalar definitivamente el lugar en el que se forman estos planetas calientes y gigantes gracias a la composición de sus atmósferas. Con la próxima puesta en marcha de nuevos y más potentes telescopios, esta técnica podría utilizarse también para estudiar la química de los exoplanetas que podrían albergar vida.

   Esta última investigación utilizó el Telescopio Nazionale Galileo en la isla canaria de La Palma para adquirir espectros de alta resolución de la atmósfera del exoplaneta HD 209458b cuando pasó por delante de su estrella anfitriona en cuatro ocasiones distintas. La luz de la estrella se altera al pasar por la atmósfera del planeta y, analizando las diferencias en el espectro resultante, los astrónomos pueden determinar qué sustancias químicas están presentes y su abundancia.

   Por primera vez, los astrónomos pudieron detectar cianuro de hidrógeno, metano, amoníaco, acetileno, monóxido de carbono y bajas cantidades de vapor de agua en la atmósfera de HD 209458b. La inesperada abundancia de moléculas basadas en el carbono (cianuro de hidrógeno, metano, acetileno y monóxido de carbono) sugiere que en la atmósfera hay aproximadamente tantos átomos de carbono como de oxígeno, el doble de lo esperado.

   Esto sugiere que el planeta ha acumulado preferentemente gas rico en carbono durante su formación, lo que sólo es posible si orbitaba mucho más lejos de su estrella cuando se formó originalmente, muy probablemente a una distancia similar a la de Júpiter o Saturno en nuestro propio sistema solar, informa EurekaAlert.

   El doctor Siddharth Gandhi, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, explica que «las sustancias químicas clave son las especies portadoras de carbono y nitrógeno. Si estas especies se encuentran en el nivel que hemos detectado, esto es indicativo de una atmósfera enriquecida en carbono en comparación con el oxígeno –añade–. Hemos utilizado estas seis especies químicas por primera vez para acotar en qué parte de su disco protoplanetario se habría formado originalmente.

   «Es imposible que un planeta se forme con una atmósfera tan rica en carbono si está dentro de la línea de condensación del vapor de agua. A la temperatura muy caliente de este planeta (1.500K), si la atmósfera contiene todos los elementos en la misma proporción que en la estrella madre, el oxígeno debería ser dos veces más abundante que el carbono y estar mayoritariamente unido al hidrógeno para formar agua o al carbono para formar monóxido de carbono –explica el doctor–. Nuestro hallazgo, muy diferente, concuerda con la idea actual de que los Júpiter calientes como HD 209458b se formaron muy lejos de su ubicación actual».

   Utilizando modelos de formación planetaria, los astrónomos compararon la huella química de HD 209458b con lo que esperarían ver en un planeta de ese tipo.

   Un sistema solar comienza su vida como un disco de material que rodea a la estrella y que se reúne para formar los núcleos sólidos de los planetas, que luego acumulan material gaseoso para formar una atmósfera. Cerca de la estrella, donde hace más calor, una gran proporción de oxígeno permanece en la atmósfera en forma de vapor de agua.

   Más lejos, a medida que se enfría, el agua se condensa y se convierte en hielo y queda encerrada en el núcleo del planeta, dejando una atmósfera más compuesta por moléculas de carbono y nitrógeno. Por lo tanto, se espera que los planetas que orbitan cerca del sol tengan atmósferas ricas en oxígeno, en lugar de carbono.

   HD 209458b fue el primer exoplaneta que se identificó mediante el método del tránsito, observándolo cuando pasaba por delante de su estrella. Ha sido objeto de muchos estudios, pero ésta es la primera vez que se han medido seis moléculas individuales en su atmósfera para crear una huella química detallada.

   El doctor Matteo Brogi, del equipo de la Universidad de Warwick, añade que «al ampliar estas observaciones, podremos saber qué clases de planetas tenemos por ahí en cuanto a su lugar de formación y evolución temprana».

   «Es realmente importante que no trabajemos bajo la suposición de que sólo hay un par de especies moleculares que son importantes para determinar los espectros de estos planetas, como se ha hecho frecuentemente antes –añade–. Detectar tantas moléculas como sea posible es útil cuando pasemos a probar esta técnica en planetas con condiciones propicias para albergar vida, porque necesitaremos tener una cartera completa de especies químicas que podamos detectar».

   Por su parte, Paolo Giacobbe, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF) y autor principal del trabajo, señala que «si este descubrimiento fuera una novela comenzaría con ‘En el principio sólo había agua…’ porque la gran mayoría de las inferencias sobre las atmósferas de los exoplanetas a partir de las observaciones en el infrarrojo cercano se basaban en la presencia (o ausencia) de vapor de agua, que domina esta región del espectro».

CL1