Webb se 'enfrenta' a la estrella del sistema TRAPPIST-1
Nuevos datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST) sobre TRAPPIST-1 b, el planeta del sistema solar TRAPPIST-1 más cercano a su estrella, muestran la complejidad que presenta estudiar estos mundos.
En un sistema solar llamado TRAPPIST-1, a 40 años luz del Sol, siete planetas del tamaño de la Tierra giran alrededor de una estrella fría.
Los astrónomos obtuvieron nuevos datos del Telescopio Espacial James Webb (JWST) sobre TRAPPIST-1 b, el planeta del sistema solar TRAPPIST-1 más cercano a su estrella. Estas nuevas observaciones ofrecen información sobre cómo su estrella puede afectar las observaciones de exoplanetas en la zona habitable de estrellas frías. En la zona habitable, todavía puede existir agua líquida en la superficie del planeta en órbita.
El equipo, que incluía al astrónomo de la Universidad de Michigan y miembro de Sagan de la NASA, Ryan MacDonald, publicó su estudio en la revista The Astrophysical Journal Letters.
"Nuestras observaciones no vieron signos de atmósfera alrededor de TRAPPIST-1 b. Esto nos dice que el planeta podría ser una roca desnuda, tener nubes en lo alto de la atmósfera o tener una molécula muy pesada como el dióxido de carbono que hace que la atmósfera sea demasiado pequeña para detectarla", dijo MacDonald en un comunicado. "Pero lo que sí vemos es que la estrella es absolutamente el mayor efecto que domina nuestras observaciones, y esto hará exactamente lo mismo con otros planetas del sistema".
La mayor parte de la investigación del equipo se centró en cuánto podían aprender sobre el impacto de la estrella en las observaciones de los planetas del sistema TRAPPIST-1.
"Si no descubrimos cómo lidiar con la estrella ahora, será mucho, mucho más difícil cuando miremos los planetas en la zona habitable (TRAPPIST-1 d, e y f) ver cualquier señal atmosférica", dijo MacDonald.
TRAPPIST-1, una estrella mucho más pequeña y fría que nuestro sol ubicada aproximadamente a 40 años luz de la Tierra, ha captado la atención tanto de científicos como de entusiastas del espacio desde el descubrimiento de sus siete exoplanetas del tamaño de la Tierra en 2017. Estos mundos, estrechamente empaquetados alrededor de su estrella con tres de ellos dentro de su zona habitable, han alimentado las esperanzas de encontrar entornos potencialmente habitables más allá de nuestro sistema solar.
El estudio, dirigido por Olivia Lim del Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas de la Universidad de Montreal, utilizó una técnica llamada espectroscopia de transmisión para obtener información importante sobre las propiedades de TRAPPIST-1 b. Al analizar la luz de la estrella central después de haber atravesado la atmósfera del exoplaneta durante un tránsito, los astrónomos pueden ver la huella única dejada por las moléculas y átomos que se encuentran dentro de esa atmósfera.
El hallazgo clave del estudio fue el impacto significativo de la actividad estelar y la contaminación al intentar determinar la naturaleza de un exoplaneta. La contaminación estelar se refiere a la influencia de las características propias de la estrella, como regiones oscuras llamadas manchas y regiones brillantes llamadas fáculas, en las mediciones de la atmósfera del exoplaneta.
El equipo encontró pruebas convincentes de que la contaminación estelar desempeña un papel crucial en la configuración de los espectros de transmisión de TRAPPIST-1 b y, probablemente, de los demás planetas del sistema. La actividad de la estrella central puede crear "señales fantasmas" que pueden engañar al observador haciéndole creer que ha detectado una molécula particular en la atmósfera del exoplaneta.
Este resultado subraya la importancia de considerar la contaminación estelar al planificar futuras observaciones de todos los sistemas exoplanetarios. Esto es especialmente cierto para sistemas como TRAPPIST-1, ya que está centrado alrededor de una estrella enana roja que puede ser particularmente activa con manchas estelares y frecuentes llamaradas.
"Además de la contaminación de manchas y fáculas estelares, vimos una llamarada estelar, un evento impredecible durante el cual la estrella parece más brillante durante varios minutos u horas", dijo Lim. "Esta llamarada afectó nuestra medición de la cantidad de luz bloqueada por el planeta. Estas señales de actividad estelar son difíciles de modelar, pero debemos tenerlas en cuenta para asegurarnos de interpretar los datos correctamente".
MacDonald jugó un papel clave en el modelado del impacto de la estrella y la búsqueda de una atmósfera en las observaciones del equipo, ejecutando una serie de millones de modelos para explorar toda la gama de propiedades de las manchas estelares frías, las regiones activas de las estrellas calientes y las atmósferas planetarias que podrían explicar las observaciones del JWST que estaban viendo los astrónomos.
Si bien los siete planetas de TRAPPIST-1 han sido candidatos tentadores en la búsqueda de exoplanetas del tamaño de la Tierra con atmósfera, la proximidad de TRAPPIST-1 b a su estrella significa que se encuentra en condiciones más duras que sus hermanos. Recibe cuatro veces más radiación que la Tierra del sol y tiene una temperatura superficial de entre 120 y 220 grados centígrados.
Sin embargo, si TRAPPIST-1 b tuviera atmósfera, sería el más fácil de detectar y describir de todos los objetivos del sistema. Dado que TRAPPIST-1 b es el planeta más cercano a su estrella y, por tanto, el planeta más caliente del sistema, su tránsito genera una señal más fuerte. Todos estos factores hacen de TRAPPIST-1 b un objetivo de observación crucial, pero desafiante.
Para tener en cuenta el impacto de la contaminación estelar, el equipo realizó dos recuperaciones atmosféricas independientes, una técnica para determinar el tipo de atmósfera presente en TRAPPIST-1 b, basada en observaciones. En el primer enfoque, se eliminó la contaminación estelar de los datos antes de analizarlos. En el segundo enfoque, realizado por MacDonald, se modelaron y ajustaron simultáneamente la contaminación estelar y la atmósfera planetaria.
En ambos casos, los resultados indicaron que los espectros de TRAPPIST-1 b podrían coincidir bien sólo con la contaminación estelar modelada. Esto no sugiere evidencia de una atmósfera significativa en el planeta. Este resultado sigue siendo muy valioso, ya que indica a los astrónomos qué tipos de atmósferas son incompatibles con los datos observados.
Basándose en las observaciones recopiladas del JWST, Lim y su equipo exploraron una variedad de modelos atmosféricos para TRAPPIST-1 b, examinando varias composiciones y escenarios posibles. Descubrieron que se descartaban con gran confianza las atmósferas libres de nubes y ricas en hidrógeno. Esto significa que no parece haber una atmósfera clara y extendida alrededor de TRAPPIST-1 b.
Sin embargo, los datos no podían excluir con seguridad atmósferas más delgadas, como las compuestas de agua pura, dióxido de carbono o metano, ni una atmósfera similar a la de Titán, una luna de Saturno y la única luna del sistema solar con una atmósfera significativa. Estos resultados, el primer espectro de un planeta TRAPPIST-1, son generalmente consistentes con observaciones anteriores del JWST del lado diurno de TRAPPIST-1 b visto en un solo color con el instrumento MIRI.
A medida que los astrónomos continúen explorando otros planetas rocosos en la inmensidad del espacio, estos hallazgos informarán futuros programas de observación en el JWST y otros telescopios, contribuyendo a una comprensión más amplia de las atmósferas exoplanetarias y su habitabilidad potencial.
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