Instrumentación para detectar agua en las atmósferas de exoplanetas

Unos astrónomos de la Universidad de Warwick han demostrado que se puede llegar a detectar vapor de agua en las atmósferas de exoplanetas mirando literalmente las cimas de sus impenetrables nubes.

Aplicando la técnica a modelos basados en exoplanetas conocidos con nubes, el equipo ha demostrado en principio que la espectroscopia de alta resolución puede utilizarse para examinar las atmósferas de exoplanetas que anteriormente eran demasiado difíciles de caracterizar debido a nubes que son excesivamente densas para que pase suficiente luz.

Su técnica se describe en un artículo para la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y proporciona otro método para detectar la presencia de vapor de agua en la atmósfera de un exoplaneta, así como otras especies químicas que podrían utilizarse en el futuro para evaluar posibles signos de vida. La investigación recibió financiación del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC), que forma parte del Instituto de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI).

Los astrónomos usan la luz de la estrella anfitriona de un exoplaneta para averiguar de qué está compuesta su atmósfera. A medida que el planeta pasa por delante de la estrella, observan la transmisión de la luz estelar mientras esta atraviesa la atmósfera superior y altera su espectro. Luego pueden analizar este espectro para ver las longitudes de onda que tienen firmas espectrales para productos químicos específicos. Estos, como el vapor de agua, el metano y el amoníaco, solo están presentes en pequeñas cantidades en planetas ricos en hidrógeno y helio.

Sin embargo, sus densas nubes pueden bloquear el paso de la luz a través de la atmósfera, dejando a los astrónomos con un espectro sin características. La espectroscopia de alta resolución es una técnica relativamente reciente que se está utilizando en los observatorios terrestres para observar los exoplanetas con mayor detalle, y los investigadores de Warwick querían explorar si podría utilizarse para detectar rastros de productos químicos presentes en la delgada capa atmosférica, justo encima de esas nubes.

Si bien los astrónomos han sido capaces de caracterizar las atmósferas de muchos exoplanetas más grandes y más calientes que orbitan cerca de sus estrellas, denominados ‘Júpiteres calientes’, ahora se están descubriendo exoplanetas más pequeños a temperaturas más frías (menos de 700°C). Muchos de estos planetas, que son del tamaño de Neptuno o más pequeños, han mostrado nubes mucho más espesas.

Modelaron dos «Neptunos calientes» previamente conocidos y simularon cómo la luz de su estrella sería detectada por un espectrógrafo de alta resolución. GJ3470b es un planeta nublado que los astrónomos habían podido caracterizar previamente, mientras que GJ436b ha sido más difícil de caracterizar debido a una capa de nubes mucho más espesa. Ambas simulaciones demostraron que a alta resolución se pueden detectar fácilmente sustancias químicas como el vapor de agua, amoníaco y metano con solo unas pocas noches de observaciones con un telescopio terrestre.

La técnica funciona de manera diferente al método recientemente utilizado para detectar fosfina en Venus, pero potencialmente podría utilizarse para buscar cualquier tipo de molécula en las nubes de un planeta fuera de nuestro sistema solar, incluyendo la fosfina.

El autor principal, el Dr. Siddharth Gandhi del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo: «Hemos estado investigando si la espectroscopia de alta resolución basada en tierra puede ayudarnos a limitar la altitud en la atmósfera donde tenemos nubes, y a restringir las abundancias químicas a pesar de esas nubes. Lo que estamos viendo es que muchos de estos planetas tienen vapor de agua en ellos, y estamos empezando a ver también otros productos químicos, pero las nubes nos impiden ver estas moléculas con claridad. Necesitamos una forma de detectar estas especies y la espectroscopia de alta resolución es una forma potencial de hacerlo, incluso si hay una atmósfera nublada. Las abundancias químicas pueden decirte mucho sobre cómo se pudo haber formado el planeta porque deja su huella química en las moléculas de la atmósfera. Debido a que estos son gigantes gaseosos, la detección de las moléculas en la parte superior de la atmósfera también ofrece una ventana a la estructura interna, ya que los gases se mezclan con las capas más profundas».

La mayoría de las observaciones de exoplanetas se han hecho con telescopios espaciales como el Hubble o el Spitzer, y su resolución es demasiado baja para detectar suficiente señal desde arriba de las nubes. La ventaja de la espectroscopia de alta resolución es que es capaz de sondear un rango más amplio de altitudes.

El Dr. Gandhi añade: «Muchos de estos planetas más fríos son demasiado nebulosos para que la actual generación de telescopios espaciales aporte información significativa. Presumiblemente a medida que encontremos más y más planetas habrá más planetas nebulosos, así que se está volviendo muy importante detectar lo que hay en ellos. La espectroscopia de alta resolución basada en tierra, así como la próxima generación de telescopios espaciales podrán detectar estas especies químicas escasas, ofreciendo un emocionante potencial de bioseñales en el futuro».

Fuente: NCYT Amazings

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