29 de septiembre de 2014

Buenos cielos y buena suerte

El descubrimiento del que hoy os voy a hablar marca un hito en el camino a la hora de detectar moléculas en exoplanetas pequeños, los llamados exo-Tierras, poniéndolos en el punto de mira.

Antes de hablar del descubrimiento en sí, hay que decir que las nubes en las atmósferas de los planetas pueden bloquear la visión de su superficie, y esa información que las nubes ocultan puede revelar información sobre la composición e historia del planeta. Por lo tanto, encontrar cielos despejados implica una buena visibilidad de la superficie.

El descubrimiento

"Cuando los astrónomos observan por la noche con los telescopios, dicen 'buenos cielos' -clear skies en inglés- para desear buena suerte", dice Jonathan Fraine autor principal de la investigación. Y ahora sí, hablamos del descubrimiento. "Hemos encontrado 'buenos cielos' -clear skies- en un planeta lejano. Esto también significa buena suerte porque al no haber nubes no nos impide ver las moléculas de agua", confirma Fraine.

Imagen 1: Concepción artística que muestra cómo podrían ser los cielos en otros planetas. A la izquierda, un planeta con una atmósfera con nubes ocultando las capas bajas de la atmósfera. A la derecha, un exoplaneta con cielos despejados. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

El exoplaneta descubierto donde se aprecian los clear skies es HAT-P-11b un exoplaneta que por su tamaño se cataloga como un exo-Neptuno que está situado a 120 años luz en la dirección a la constelación de Cygnus. A diferencia de nuestro Neptuno, este planeta orbita muy cercano a su estrella. De hecho, su "año" dura tan solo cinco días. Se trata de un mundo cálido que se piensa que tiene un núcleo rocoso, un manto de líquido y hielo, y una espesa atmósfera.

Parte del desafío en el análisis de las atmósferas de planetas como éste es su tamaño. Planetas similares a Júpiter -más grandes- son más fáciles de observar y los investigadores ya han sido capaces de detectar vapor de agua en la atmósfera de alguno de ellos. Sin embargo, los exoplanetas mas pequeños aparecían cubiertos por un manto nuboso, excepto HAT-P-11b.

El secreto de las líneas de absorción

El equipo de científicos ha usado el instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) del Telescopio Espacial Hubble con una técnica llamada espectroscopía de transmisión, mediante la cual el exoplaneta es observado cuando pasa por delante del disco de su estrella madre, es decir, cuando se produce un tránsito. Cuando esto ocurre, se pueden observar las líneas de absorción del planeta, ya que cuando la luz de la estrella pasa a través de la atmósfera del planeta, absorbe las líneas correspondientes a los elementos que la componen, en este caso, vapor de agua entre otros.

Imagen 2: Representación artística del exoplaneta HAT-P-11b al borde del tránsito. Créditos: NASA/JPL-Caltech.

"Cuando planeamos observar HAT-P-11b desconocíamos si había nubes o no", dice Nikku Madhusudhan, miembro del equipo de investigación. "Vimos que el planeta no tenía grandes nubes bloqueando la visión. En un futuro podremos encontrar estos cielos despejados en planetas más pequeños", añade.

Había que asegurarse

Antes de celebrar que se trataba de valor de agua, había que confirmar que procedían del planeta y no de manchas en la estrella. Afortunadamente, Kepler ha medido durante años el tránsito del exoplaneta y la luz resultante fue combinada con datos obtenidos por otro telescopio espacial: Spitzer. Comparando todos los datos, los astrónomos pudieron confirmar que el vapor de agua procedía del planeta y no de la estrella.

Además, el vapor de agua no se encuentra en zonas aisladas del planeta, sino que está cubierto totalmente por esta molécula, además de gas hidrógeno y otras moléculas todavía por identificar. Este exoplaneta no es solo el planeta más pequeño encontrado con vapor de agua en su atmósfera, también es el planeta más pequeño en las que las moléculas han sido detectadas usando espectroscopía. Ahora los teóricos crearán nuevos modelos para explicar la composición y el origen de estos planetas.

Distinto a nuestros planetas cercanos

Aunque HAT-P-11b se cataloga como un exo-Neptuno, es muy distinto a cualquier planeta de nuestro Sistema Solar. Cuando analicen como se pudo formar el planeta, los científicos tendrán muchas mas pistas para saber como se forman otros mundos tan distantes como este.

"Estamos trabajando en la línea de exoplanetas tipo Júpiter caliente y tipo Neptuno", afirma Drake Deming, co-autor del artículo que explica el estudio. "Queremos expandir nuestro conocimiento a diversos tipos de exoplanetas", añade.

Imagen 3: Gráfico que muestra las líneas de absorción del exoplaneta HAT-P-11b a partir de la espectroscopía de transmisión. Créditos: NASA/ESA/STScI.

Los astrónomos tienen planeado examinar más exo-Neptunso en el futuro y esperan aplicar el mismo método para examinar exo-Tierras y exo-súper Tierras. Nuestro Sistema Solar no tiene ninguna súper Tierra, pero otros telescopios las están encontrando alrededor de otras estrellas y cuando llegue el James Webb Space Telescope (NASA/ESA) en 2018, podrá encontrar signos de vapor de agua y otras moléculas en estas súper Tierras. Sin embargo, todavía hay que dar un paso más para poder encontrar océanos y mundos potencialmente habitables.

Este trabajo es importante para futuros estudios de súper Tierras y pequeños planetas. Podría permitir a los astrónomos avanzar en la búsqueda de planetas con atmósferas limpias donde las moléculas puedan ser detectadas. Una vez más, los astrónomos cruzarán los dedos para tener "clear skies".
Los resultados del estudio han sido publicados en la edición digital de la revista Nature del 24 de septiembre bajo el título "Water Vapor Absorption in the Clear Atmosphere of an exo-Neptune".

El equipo internacional de astrónomos está formado por J. Fraine (University of Maryland, Estados Unidos; Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile; California Institute of Technology, Estados Unidos), D. Deming (University of Maryland, Estados Unidos; NASA Astrobiology Institute, Estados Unidos), B. Benneke (California Institute of Technology, USA), H. Knutson (California Institute of Technology, Estados Unidos), A. Jordán (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), N. Espinoza (Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile), N. Madhusudhan (University of Cambridge, Reino Unido), A. Wilkins (University of Maryland, Estados Unidos), K. Todorov (ETH Zürich, Suiza).
Nota de prensa:
Artículo científico: 

Referencias:

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