Un equipo internacional de investigadores utilizó el telescopio espacial James Webb de la NASA para medir la temperatura del exoplaneta rocoso TRAPPIST-1b. Esta es la primera detección en el mundo de la emisión térmica de un exoplaneta (Un exoplaneta, o planeta extrasolar, es un planeta que orbita alrededor de una…) roca tan pequeña y tan «fría» como las rocas de nuestro propio sistema solar (La sistema solar es un sistema planetario compuesto por una estrella, la…).
TRAPPIST-1 b recibe aproximadamente el doble de energía que Venus recibe del Sol y recibe cuatro veces más que la Tierra. El resultado indica que el lado diurno del planeta tiene una temperatura de alrededor de 227°C (500 kelvins) y sugiere que no tiene una atmósfera significativa (La palabra atmósfera puede tener varios significados :). El estudio está firmado por tres investigadores de DAp y se acaba de publicar en la revista Nature este lunes 27 de marzo.
Comparación de la temperatura diurna de TRAPPIST-1b, medida por el instrumento MIRI de Webb, con modelos que muestran cómo sería la temperatura en diversas condiciones. Los resultados de la observación muestran que la luminosidad (Luminosidad designa la característica de lo que emite o refleja…) en el lado día de TRAPPIST-1 b a 15 micras corresponde a una temperatura de aproximadamente 227°C (500 K).
ILUSTRACIÓN: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
CIENCIA: Thomas P. Greene (NASA Ames), Taylor Bell (BAERI), Elsa Ducrot (CEA), Achrene Dyrek (CEA), Pierre-Olivier Lagage (CEA)
El sistema de planetas Trappist-1, un verdadero laboratorio para estudiar planetas rocosos similares a la Tierra fuera del sistema solar
El sistema TRAPPIST-1 se destaca por tener siete planetas similares en tamaño, masa, densidad y calentamiento estelar a los planetas rocosos Venus, la Tierra y Marte en nuestro propio sistema solar. Sus tamaños oscilan entre 0,75 y 1,15 radios terrestres y sus periodos orbitales oscilan entre 1,5 y 19 días. Todos los planetas del sistema TRAPPIST-1 han sido observados utilizando telescopios espaciales Hubble o Spitzer. Las observaciones del Hubble mostraron que ninguno de los 7 planetas tenía una atmósfera rica en hidrógeno (el hidrógeno es un elemento químico con símbolo H y número atómico 1).
TRAPPIST-1b, el planeta más interno, tiene una distancia orbital de aproximadamente una centésima parte de la de la Tierra y recibe aproximadamente cuatro veces la cantidad de energía que la Tierra recibe del Sol. Aunque no se encuentra en la zona habitable del sistema, la observación del planeta puede proporcionar información importante sobre los otros seis planetas de su hermano, así como los de otros sistemas estelares enanos, como la estrella TRAPPIST-1. Aunque el exoplaneta TRAPPIST-1 b no es lo suficientemente caliente como para emitir su propia luz en el visible, emite en el infrarrojo (la radiación infrarroja (IR) es radiación electromagnética con una longitud de onda…).
MIRIm (MIRI -Mid-Infrared Instrument Imager) es el único generador de imágenes del telescopio Webb que observa en el infrarrojo medio, longitudes de onda particularmente adecuadas para capturar el débil resplandor emitido por tales planetas y detectar componentes de su atmósfera o su superficie.
Impresión artística de los diferentes exoplanetas que orbitan la estrella Trappist-1 Créditos: NASA/JPL-Caltech
Representación esquemática de un tránsito planetario. (a) es el tránsito primario, (b) es el tránsito secundario
El generador de imágenes MIRIm diseñado, integrado y caracterizado bajo la responsabilidad de la CEA, ¡detecta sus primeros eclipses secundarios!
El equipo utilizó una técnica llamada fotometría transitoria secundaria, en la que MIRIm midió el cambio en el brillo del sistema a medida que el planeta desaparece detrás de la estrella.
A partir de la diferencia entre el flujo de luz infrarroja medido justo antes del tránsito secundario (sistema estrella + planeta) y el flujo recibido durante el tránsito secundario (estrella sola), los astrónomos deducen la luz emitida por el «lado diurno» del planeta girado. hacia la estrella. Luego pueden calcular su temperatura promedio.
Los cinco eclipses secundarios se observaron utilizando el filtro F1500W de MIRI, que solo permite que la luz con longitudes de onda entre 13,5 y 16,6 micrómetros pase a los detectores. Estas mediciones corresponden a 25 h de observaciones.
La detección de MIRIm de un tránsito secundario es en sí misma un paso importante porque implica medir pequeños cambios en la luminosidad.
Siendo la estrella más de 1.000 veces más luminosa que el planeta, las variaciones de luminosidad son inferiores al 0,1%.
De los cinco tránsitos medidos (8 de noviembre, 12 de noviembre, 20 de noviembre, 24 de noviembre y 3 de diciembre de 2022), MIRIm pudo detectar cambios tan pequeños como 0,027 %.
Si las actuaciones de MIRIm se validaron por completo y se publicaron en julio de 2022, ¡esta es la primera publicación de un tránsito secundario observado por el JWST! Estas actuaciones del generador de imágenes confirman su interés por el estudio de la emisión térmica de exoplanetas para estudiar su atmósfera y su superficie.
Curvas de luz de observaciones y modelos individuales. Columna izquierda: las curvas de luz sin procesar de cada uno de los cinco tránsitos, normalizadas por su valor mediano, se muestran en color, mientras que el modelo ajustado se muestra como una línea negra. Columna derecha: Los mismos datos y el mismo modelo de cada tránsito después de la eliminación del ruido sistemático. cifra extraída del artículo: https://www.nature.com/articles/s41586-023-05951-7
El gráfico muestra los datos combinados de cinco observaciones separadas. Los cuadrados azules corresponden a mediciones de brillo individuales. Los círculos rojos muestran las medidas agrupadas por «bins» o promediadas para facilitar la visualización de la evolución en el tiempo. La disminución del brillo durante el eclipse secundario es inferior al 0,1%.
ILUSTRACIÓN: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
CIENCIA: Thomas P. Greene (NASA Ames), Taylor Bell (BAERI), Elsa Ducrot (CEA), Achrene Dyrek (CEA), Pierre-Olivier Lagage (CEA)
¿Por qué TRAPPIST-1 b no debería tener una atmósfera?
Los resultados de la observación muestran que la luminosidad del lado diurno de TRAPPIST-1b a 15 micrómetros corresponde a una temperatura de aproximadamente 227°C (500 K). Si la energía de irradiación (En física nuclear, irradiación designa la acción de exponer (voluntariamente o…) la estrella se distribuyera uniformemente alrededor del planeta (por ejemplo, por una atmósfera circulante libre de dióxido de carbono), la temperatura a 15 micrómetros sería ser 127°C (400 K) Si la atmósfera contuviera una cantidad significativa de dióxido de carbono (el dióxido de carbono, comúnmente conocido como dióxido de carbono o dióxido de carbono, es un…), emitiría incluso menos luz a 15 micrómetros y parecería incluso más frío.
“Comparamos los resultados con modelos de computadora que muestran cuál debería ser la temperatura en diferentes escenarios”, explicó Elsa Ducrot, astrofísica del DAp que ha estado estudiando el sistema TRAPPIST-1 durante seis años. «Los resultados son casi perfectamente consistentes con un cuerpo negro hecho de roca desnuda y sin atmósfera para hacer circular el calor. Tampoco observamos signos de absorción (en óptica, la absorción se refiere al proceso por el cual se toma la energía de un fotón… ) de la luz por el dióxido de carbono, que sería evidente en estas mediciones.
Sin embargo, esta es una medición de una sola longitud de onda (filtro de 15 micras), se necesitarán más observaciones para confirmar este resultado».
Aunque TRAPPIST-1b es caliente en relación con la Tierra, es más frío que el lado iluminado por el sol de Mercurio, que consiste en roca desnuda y sin atmósfera significativa. Mercurio recibe aproximadamente 1,6 veces más energía del Sol que la que recibe TRAPPIST-1 b de su estrella.
Pierre-Olivier Lagage, que ha trabajado en el desarrollo del instrumento MIRI durante más de veinte años, dice: «Hay un objetivo con el que soñé». Fue este. Esta es la primera vez que podemos detectar emisiones de un planeta templado rocoso. Este es un paso realmente importante en la historia del estudio de los exoplanetas».
Ya están en marcha nuevas observaciones de TRAPPIST-1b con otros filtros MIRIM y observaciones de otro exoplaneta TRAPPIST-1 para confirmar (o no) estas primeras conclusiones.
Para Elsa Ducrot, «en solo 25 horas de observación con el JWST, pudimos observar el tránsito secundario de TRAPPIST-1b, ¡mientras que cientos de horas con el telescopio Spitzer no fueron suficientes! Con el JWST, finalmente estamos entrando en régimen». de planetas rocosos templados es una nueva era para la exoplanetología».
Para Achrene Dyrek, en su tercer año de tesis sobre atmósferas de exoplanetas con datos de JWST, la emoción está en su apogeo: “Me encantó trabajar con los datos, analizarlos y sobre todo entender todo su significado. Un año después de su lanzamiento, el JWST ya está abriendo puertas a mundos inexplorados y no veo la hora de ver todo el trabajo pionero que nos permitirá lograr en los años e incluso décadas por venir. Siento que casi estoy tocando un planeta rocoso como Mercurio o Venus, pero ubicado a casi 40 años luz de la Tierra. ¡Es una oportunidad invaluable!»
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