La primera "huella química" del exoplaneta en tránsito revela su lejano lugar de nacimiento



Exoplaneta HD 209458b transita su estrella. La media luna iluminada y sus colores han sido exagerados para ilustrar los espectros de luz que los astrónomos utilizaron para identificar las seis moléculas en su atmósfera. Crédito: Universidad de Warwick/Mark Garlick

Los astrónomos han encontrado evidencia de que el primer exoplaneta que fue identificado transitando su estrella podría haber migrado a una órbita cercana con su estrella desde su lugar de nacimiento original más lejos.

El análisis de la atmósfera del planeta por parte de un equipo, incluidos científicos de la Universidad de Warwick, ha identificado la huella química de un planeta que se formó mucho más lejos de su sol de lo que reside actualmente. Confirma el pensamiento anterior de que el planeta se ha movido a su posición actual después de formarse, a sólo 7 millones de km de su sol o el equivalente de 1/20 de la distancia de la Tierra a nuestro Sol.

Las conclusiones son publicadas hoy (7 de abril) en la revista Nature por un equipo internacional de astrónomos. La Universidad de Warwick lideró el modelado y la interpretación de los resultados que marcan la primera vez que se han medido hasta seis moléculas en la atmósfera de un exoplaneta para determinar su composición.

También es la primera vez que los astrónomos utilizan estas seis moléculas para identificar definitivamente la ubicación en la que se forman estos planetas calientes y gigantes gracias a la composición de sus atmósferas.

Con nuevos telescopios más potentes en línea pronto, su técnica también podría ser utilizada para estudiar la química de los exoplanetas que potencialmente podrían albergar vida.

Esta última investigación utilizó el Telescopio Nazionale Galileo en La Palma, España, para adquirir espectros de alta resolución de la atmósfera del exoplaneta HD 209458b a su paso frente a su estrella anfitriona en cuatro ocasiones distintas. La luz de la estrella se altera a medida que pasa a través de la atmósfera del planeta y al analizar las diferencias en el espectro resultante los astrónomos pueden determinar qué sustancias químicas están presentes y sus abundancias.

Por primera vez, los astrónomos fueron capaces de detectar cianuro de hidrógeno, metano, amoníaco, acetileno, monóxido de carbono y bajas cantidades de vapor de agua en la atmósfera de HD 209458b. La abundancia inesperada de moléculas a base de carbono(cianurode hidrógeno, metano, acetileno y monóxido de carbono) sugiere que hay aproximadamente tantos átomos de carbono como átomos de oxígeno en la atmósfera, el doble del carbono esperado. Esto sugiere que el planeta ha acumulado preferentemente gas rico en carbono durante la formación, lo que sólo es posible si orbitó mucho más lejos de su estrella cuando se formó originalmente, muy probablemente a una distancia similar a Júpiter o Saturno en nuestro propio sistema solar.

El Dr. Siddharth Gandhi, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo: "Los productos químicos clave son las especies portadoras de carbono y portadoras de nitrógeno. Si estas especies están al nivel que las hemos detectado, esto es indicativo de una atmósfera que se enriquece en carbono en comparación con el oxígeno. Hemos utilizado estas seis especies químicas por primera vez para acotar donde en su disco protoplanetario se habría formado originalmente.

"No hay manera de 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 debe ser dos veces más abundante que el carbono y en su mayoría unido con hidrógeno para formar agua o carbono para formar monóxido de carbono. Nuestro hallazgo muy diferente está de acuerdo con la comprensión actual de que los Júpiter calientes como HD 209458b se formaron lejos de su ubicación actual."

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

Un sistema solar comienza la vida como un disco de material que rodea a la estrella 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 vapor de agua. Más lejos, a medida que se enfría, ese agua se condensa para convertirse en hielo y está encerrada en el núcleo de un planeta, dejando una atmósfera más fuertemente compuesta por moléculas a base 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 en ser identificado usando el método de tránsito, observándolo a su paso frente a su estrella. Ha sido objeto de muchos estudios, pero esta es la primera vez que se han medido seis moléculas individuales en su atmósfera para crear una "huella química" detallada.

El Dr. Matteo Brogi, del equipo de la Universidad de Warwick, añade: "Al ampliar estas observaciones, podremos saber qué clases de planeta tenemos por ahí en términos de su ubicación de formación y evolución temprana. Es muy importante que no trabajemos bajo las suposiciones de que sólo hay un par de especies moleculares que son importantes para determinar los espectros de estos planetas, como se ha hecho con frecuencia antes. Detectar tantas moléculas como sea posible es útil cuando pasamos a probar esta técnica en planetas con condiciones que son aptos para albergar vida, porque necesitaremos tener una cartera completa de especies químicas que podamos detectar".

Paolo Giacobbe, investigador del Instituto Nacional italiano de Astrofísica (INAF) y autor principal del artículo, dijo: "Si este descubrimiento fuera una novela comenzaría con 'Al principio sólo había agua...' porque la gran mayoría de la inferencia sobre las atmósferas de exoplanetas de observaciones infrarrojas cercanas se basó en la presencia (o ausencia) de vapor de agua, que domina esta región del espectro. Nos preguntamos: ¿es realmente posible que todas las demás especies esperadas por la teoría no dejen ningún rastro medible? Descubrir que es posible detectarlos, gracias a nuestros esfuerzos en la mejora de las técnicas de análisis, abre nuevos horizontes para ser explorados".

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