La NASA revela con el Hubble y el Spitzer la atmósfera de un planeta mediano

El exoplaneta GJ 3470 b. Credits: NASA, ESA, and L. Hustak (STScI).

Dos telescopios espaciales de la NASA se han unido para identificar, por primera vez, la "huella digital" química detallada de un planeta entre los tamaños de la Tierra y Neptuno. No se pueden encontrar planetas como este en nuestro propio sistema solar, pero son comunes alrededor de otras estrellas. 

El planeta, Gliese 3470 b (también conocido como GJ 3470 b), puede ser un cruce entre la Tierra y Neptuno, con un gran núcleo rocoso enterrado bajo una profunda atmósfera de hidrógeno y helio. Con un peso de 12,6 masas terrestres, el planeta es más masivo que la Tierra, pero menos masivo que Neptuno (que es más de 17 masas terrestres). 

El observatorio espacial Kepler de la NASA ha descubierto muchos mundos similares, cuya misión terminó en 2018. De hecho, el 80% de los planetas de nuestra galaxia pueden caer en este rango de masas. Sin embargo, los astrónomos nunca han podido entender la naturaleza química de un planeta así hasta ahora, dicen los investigadores. 

Al hacer un inventario de los contenidos de la atmósfera de GJ 3470 b, los astrónomos pueden descubrir pistas sobre la naturaleza y el origen del planeta. 

"Este es un gran descubrimiento desde la perspectiva de la formación del planeta. El planeta orbita muy cerca de la estrella y es mucho menos masivo que Júpiter, con 318 veces la masa de la Tierra, pero ha logrado acumular la atmósfera primordial de hidrógeno / helio que es en gran parte" no contaminado "por elementos más pesados", dijo Björn Benneke de la Universidad de Montreal, Canadá. "No tenemos nada como esto en el sistema solar, y eso es lo que lo hace sorprendente". 

Los astrónomos unieron los telescopios espaciales Spitzer del Hubble snd de la NASA con capacidad de onda múltiple combinados para hacer un estudio único de la atmósfera de GJ 3470 b. 

Esto se logró midiendo la absorción de la luz estelar cuando el planeta pasaba frente a su estrella (tránsito) y la pérdida de luz reflejada del planeta cuando pasaba detrás de la estrella (eclipse). En total, los telescopios espaciales observaron 12 tránsitos y 20 eclipses. La ciencia del análisis de las huellas dactilares químicas basadas en la luz se denomina "espectroscopia". 

Esta ilustración artística muestra la estructura interna teórica del exoplaneta GJ 3470 b. Es a diferencia de cualquier planeta que se encuentra en el Sistema Solar. Con un peso de 12,6 masas terrestres, el planeta es más masivo que la Tierra pero menos masivo que Neptuno. A diferencia de Neptuno, que se encuentra a 3 mil millones de millas del Sol, GJ 3470 b puede haberse formado muy cerca de su estrella enana roja como un objeto seco y rocoso. Luego se extrae gravitacionalmente en hidrógeno y helio gaseoso de un disco circunstular para construir una atmósfera espesa. El disco se disipó hace muchos miles de millones de años y el planeta dejó de crecer. La ilustración inferior muestra el disco como el sistema pudo haber mirado hace mucho tiempo. La observación de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA ha analizado químicamente la composición de la atmósfera muy clara y profunda de GJ 3470 b, dando pistas sobre el origen del planeta. Muchos planetas de esta masa existen en nuestra galaxia. Créditos: NASA, ESA y L. Hustak (STScI)

"Por primera vez tenemos una firma espectroscópica de un mundo así", dijo Benneke. Pero él no puede clasificarlo: ¿debería llamarse "super-Tierra" o "sub-Neptuno"? ¿O tal vez algo más? 

Por fortuna, la atmósfera de GJ 3470 b resultó ser en su mayor parte clara, con solo finas brumas, lo que permitió a los científicos explorar la atmósfera en profundidad. 

"Esperábamos una atmósfera fuertemente enriquecida en elementos más pesados, como el oxígeno y el carbono, que están formando abundante vapor de agua y gas metano, similar a lo que vemos en Neptuno", dijo Benneke. "En cambio, encontramos una atmósfera que es tan pobre en elementos pesados ​​que su composición se asemeja a la composición rica en hidrógeno / helio del Sol". 

Se piensa que otros exoplanetas llamados "Júpiter calientes" se forman lejos de sus estrellas, y con el tiempo migran mucho más cerca. Pero este planeta parece haberse formado justo donde está hoy, dice Benneke. 

La explicación más plausible, según Benneke, es que GJ 3470 b nació precariamente cerca de su estrella enana roja, que es aproximadamente la mitad de la masa de nuestro Sol. Su hipótesis es que, en esencia, comenzó como una roca seca y rápidamente acumuló hidrógeno de un disco de gas primordial cuando su estrella era muy joven. El disco se llama "disco protoplanetario". 

"Estamos viendo un objeto que fue capaz de acumular hidrógeno del disco protoplanetario, pero que no se escapó para convertirse en un Júpiter caliente", dijo Benneke. "Este es un régimen intrigante". 

Una explicación es que el disco se disipó antes de que el planeta pudiera acumularse aún más. "El planeta se estancó en un subneptuno", dijo Benneke. 

El próximo Telescopio Espacial James Webb de la NASA podrá explorar más profundamente la atmósfera de GJ 3470 b gracias a la sensibilidad sin precedentes del Webb en el infrarrojo. Los nuevos resultados ya han generado un gran interés por los equipos estadounidenses y canadienses que desarrollan los instrumentos en el Webb. Observarán los tránsitos y eclipses de GJ 3470 b en longitudes de onda de luz donde las brumas atmosféricas se vuelven cada vez más transparentes. 

Fuente: NASA/Goddard Space Flight Center,