Primera detección desde tierra de la atmósfera de un planeta extrasolar

Ciencia Kanija
6/12/07

El astrónomo de la Universidad de Texas en Austin y Miembro de Hubble, Seth Redfield, ha usado el Telescopio Hobby-Eberly (HET) en el Observatorio McDonald para realizar la primera detección desde tierra de la atmósfera de un planeta de fuera de nuestro Sistema Solar. Esta investigación ha sido aceptada para su publicación en un próximo ejemplar de la revista Astrophysical Journal Letters.

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“Es un descubrimiento pionero notable”, dijo el Director del Observatorio McDonald, David L. Lambert.

El trabajo es un paso más en la búsqueda de la vida en el Universo, que cae entre las detecciones iniciales de planetas alrededor de otras estrellas (conocidos como “planetas extrasolares o “exoplanetas”), y el descubrimiento anticipado de planetas similares a la Tierra.

“Lo que todos queremos encontrar es un planeta con una atmósfera similar a la Tierra”, dijo Redfield.

El planeta que estudió Redfield orbita a HD189733, una estrella a aproximadamente 63 años luz de distancia en la constelación de Vulpecula, la Zorra. Pero no es como la Tierra. El planeta es un 20% más masivo que Júpiter, y orbita muy cerca de su estrella madre (más de diez veces más cerca de lo que lo hace Mercurio respecto a nuestro Sol).

Desde la línea de visión de la Tierra, el planeta pasa directamente frente a la estrella en cada órbita. Esto significa que este planeta, HD189733b, es lo que se conoce como un “planeta extrasolar en tránsito”. Fue esta propiedad del “tránsito” lo que permitió el descubrimiento del planeta en 2004 por Francois Bouchy del Laboratorio de Astrofísica de Marsella en Francia, y la detección de su atmósfera en 2007 por Redfield.

El equipo de Redfield para este proyecto incluye a los astrónomos de la Universidad de Texas en Austin Michael Endl, William Cochran, y Lars Kosterke.

Los astrónomos sólo habían detectado anteriormente una vez la atmósfera de un planeta orbitando una estrella de tal forma, usando el ahora instrumento inoperativo del Telescopio Espacial Hubble, Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial Hubble (STIS).

“STIS se rompió poco después de la detección, y no existe forma de hacer esto desde el espacio. Las observaciones desde tierra son la única opción por el momento”, dijo Redfield.

Se ha intentado esta hazaña varias veces desde tierra sin éxito en los últimos años, dijo. En la mayoría de los casos, los astrónomos han estudiado sus estrellas objetivo a través de un sólo tránsito.

“Sabía que teníamos que dar un paso más”, dijo Redfield. “Sabía que probablemente tendríamos que captar más tránsitos” para detectar la atmósfera. Estudió 11 tránsitos a lo largo de un año con HET y su Espectrógrafo de Alta Resolución.

Para obtener el “espectro de transmisión” del planeta, y de esta forma la composición química de su atmósfera, usó lo que llamó una técnica “muy sencillo”.

“Toma un espectro de la estrella cuando el planeta está frente a la misma”, dijo. “Entonces toma un espectro de la estrella cuando no lo está. Divide ambos y tendrás el espectro de transmisión atmosférica del planeta”.

Sencillo, pero no fácil. La luz bloqueada por el planeta es apenas un 2,5 por ciento de la luz total de la estrella, más otro 0,3 por ciento para la atmósfera del planeta.

“Cada vez que el planeta pasa frente a la estrella”, dijo Redfield, “el planeta bloquea parte de la luz de la estrella. Si el planeta no tiene atmósfera, bloqueará la misma cantidad de luz en todas las longitudes de onda. Sin embargo, si el planeta tiene atmósfera, los gases de la misma absorberán parte de la luz adicional”.

Se predijo que los átomos de sodio estarían presentes en la atmósfera. La atmósfera del planeta absorberá más luz de la estrella en esas longitudes de onda que corresponden a transiciones específicas del átomo de sodio.

“Esto provoca que el planeta parezca más grande, dado que ahora “vemos” el planeta más la atmósfera, y medimos más luz bloqueada de la estrella”, dijo Redfield.

Cuando estudiamos el planeta en una longitud de onda concreta de la transición del sodio, el planeta parece un 6 por ciento más grande que en otras longitudes de onda. La detección del sodio fue posible debido a que hay una gran cantidad allí, y la transición atómica es fuerte y cae en el rango visual que los telescopios terrestres pueden detectar.

“Muchos otros constituyentes atómicos y moleculares de la atmósfera podrán estudiarse de una forma similar, incluyendo potasio e hidrógeno”, dijo Redfield.

“Intentaremos la detección de otros gases alrededor de este planeta”, dijo Lambert. Y, “Le deseo todo el éxito a Seth en su búsqueda del oxígeno, vapor de agua y otras moléculas — indicadoras de la vida — alrededor de planetas mucho más adecuados para la vida que este”.

El análisis de los datos implicó el estudio de cientos de observaciones dispersas a lo largo de un año, tomadas en distintas condiciones. Redfield y sus colaboradores eliminaron la contaminación de los datos provocada por el vapor de agua de la propia atmósfera de la Tierra, modelando cómo la propia estrella podrían haber contribuido a sus medidas, y más, para asegurar que su detección era correcta.

Finalmente, el “espectro de transmisión” del planeta extrasolar de HET tenía una resolución mucho mayor que las previamente realizadas con el Telescopio Espacial Hubble de un planeta distinto.

“En realidad quedé sorprendido y animado de que esto fuese posible”, dijo Redfield. “Hemos demostrado que es posible. Vamos a empezar a aplicarlo a otros planetas en tránsito. Vamos a empezar a hacer “exoplanetología comparativa”.

“Es sobrecogedor lo rápido que se produce el progreso en el campo de los exoplanetas”, dijo el colaborador de Redfield, Michael Endl. “Hemos llegado a un punto donde podemos estudiar la composición de las atmósferas de “Júpiter calientes-2 con gran detalle. El HET no es sólo un buscador de planetas realmente, sino que es una gran herramienta para examinar las características atmosféricas de los planetas extrasolares en tránsito con una resolución sin precedentes. No puedo esperar a ver los resultados de otros planetas y compararlos con nuestros hallazgos iniciales”.

Redfield dijo que HET puede estudiar la atmósfera de muchos de los planetas en tránsito más brillantes.

El Telescopio Hobby-Eberly es un proyecto conjunto de la Universidad de Texas en Austin, la Universidad Estatal de Pennsylvania, la Universidad de Stanford, la Universidad Ludwig-Maximilians de Munich, y la Universidad Georg-August de Göttingen.