El metano se encuentra en las atmósferas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno dentro de nuestro sistema solar. Sin embargo, su presencia sigue siendo difícil de alcanzar en las atmósferas de exoplanetas en tránsito.
El telescopio espacial James Webb de la NASA observó el exoplaneta WASP-80 b mientras pasaba por delante y por detrás de su estrella anfitriona. El telescopio monitoreó el metano y el vapor de agua en la atmósfera del planeta.
El exoplaneta WASP-80 b se llama «Júpiter caliente» y su temperatura es de unos 825 K (unos 1.025 grados Fahrenheit). Este exoplaneta se encuentra a 163 años luz de la Tierra, en la constelación del Águila, y orbita su estrella enana roja una vez cada tres días.
Debido a su proximidad a su estrella, ambas tan alejadas de nosotros, no podemos ver el planeta directamente ni siquiera con los telescopios más avanzados como Webb.
Entonces, ¿cómo identificaron los científicos el planeta?
Los científicos estudiaron la luz combinada de la estrella y el planeta utilizando métodos de tránsito y eclipse. El método del tránsito les ayudó a observar el sistema a medida que el planeta se mueve frente a su estrella. La luz de las estrellas que vieron era un poco tenue.
Es similar a lo que ocurre cuando la luz se atenúa cuando alguien camina delante de una lámpara. Durante este período, alrededor del límite día-noche del planeta, la estrella ilumina un fino anillo de atmósfera. La atmósfera parece más espesa y bloquea más luz estelar en ciertas longitudes de onda a medida que sus moléculas absorben la luz, lo que resulta en una opacidad más profunda que en otras longitudes de onda donde la atmósfera parece transparente.
Al identificar los colores de luz oscurecidos, esta técnica ayuda a los científicos a comprender la composición de la atmósfera del planeta.
Por otro lado, utilizando el método del eclipse, los científicos observaron el sistema desde su perspectiva mientras el planeta pasaba detrás de su estrella, provocando otra ligera disminución en la luz total que recibían. La radiación térmica es un tipo de luz que emiten todos los objetos; La cantidad y el color de la luz emitida depende de qué tan caliente esté el cuerpo.
El lado cálido del planeta nos enfrenta justo antes y después del eclipse, por lo que los científicos pudieron medir la luz infrarroja que emitía el planeta observando la caída de luz que se produjo durante el eclipse.
La absorción por las moléculas en la atmósfera de un planeta generalmente se manifiesta en los espectros de los eclipses como una disminución en la emisión de luz del planeta en ciertas longitudes de onda. Además, la profundidad del eclipse es mucho menor que la profundidad del tránsito porque la Tierra es mucho más pequeña y más relajada que su estrella anfitriona.
Estas observaciones iniciales tuvieron que convertirse en un espectro.
Los científicos señalaron, «Existen muchas herramientas diferentes para convertir observaciones sin procesar en espectros útiles, por lo que utilizamos dos métodos diferentes para asegurarnos de que nuestros resultados fueran sólidos ante diferentes suposiciones».
«Luego interpretamos este espectro utilizando dos tipos de modelos para simular cómo se vería la atmósfera del planeta en estas condiciones extremas. El primer tipo de modelo es bastante flexible y experimenta con millones de combinaciones de metano, abundancia de agua y temperaturas para encontrar el combinación que coincida mejor”. Mejor con nuestros datos.
«El segundo tipo, llamado ‘modelos autoconsistentes’, también explora millones de combinaciones, pero utiliza nuestro conocimiento existente de física y química para determinar los niveles de metano y agua que se pueden esperar. Ambos tipos de modelos llegan a la misma conclusión: eventual detección de metano.»
Luego, los científicos validaron los resultados mediante poderosos métodos estadísticos al evaluar la probabilidad de que su descubrimiento fuera ruido aleatorio.
Encontraron metano en 6,1 sigma tanto en el espectro de eclipse como de tránsito, superando el «estándar de oro» de 5 sigma. Aumentó la confianza de los científicos en ambos descubrimientos fijando las probabilidades de un descubrimiento falso en cada observación en 1 entre 942 millones.
Los científicos ahora esperan explorar la composición química del planeta, que revela el nacimiento, crecimiento y desarrollo del planeta.
Científicos masculino, «Por ejemplo, al medir la cantidad de metano y agua en un planeta, podemos inferir la proporción de átomos de carbono a átomos de oxígeno. Se espera que esta proporción cambie dependiendo de dónde y cuándo se formaron los planetas en su sistema. Por lo tanto, al examinar la proporción de carbono a oxígeno puede indicar si el planeta se formó cerca o lejos de su estrella antes de moverse gradualmente hacia adentro.
Referencia de la revista:
- Bell, TJ, Wilbanks, L., Schlawen, E. et al. El metano está presente en la atmósfera del cálido exoplaneta WASP-80b. naturaleza 623, 709-712 (2023). Identificación digital: 10.1038/s41586-023-06687-0
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