Usando el instrumento canadiense NIRISS en el telescopio espacial James Webb, el estudiante de doctorado en astrofísica Louis-Philippe Coulombe ha mapeado la atmósfera del intrigante exoplaneta WASP-18 b.
Hay un exoplaneta intrigante, de 400 años luz, que es tan tentador que los astrónomos lo han estado estudiando desde su descubrimiento en 2009. Una órbita para WASP-18 b alrededor de su estrella, que es un poco más grande que nuestro Sol, toma solo 23 horas. No hay nada igual en nuestro Sistema Solar. Y ahora los científicos lo estudian utilizando datos recopilados por el telescopio espacial James Webb.
Hay un exoplaneta intrigante, a 400 años luz, que es tan tentador que los astrónomos lo han estado estudiando desde su descubrimiento en 2009. Una órbita para WASP-18 b alrededor de su estrella, que es un poco más grande que nuestro Sol, toma solo 23 horas. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/K. Miller/IPAC
Un nuevo estudio dirigido por la Université de Montréal Ph.D. estudiante Louis-Philippe Coulombe sobre este exoplaneta, un gigante gaseoso ultracaliente 10 veces más masivo que Júpiterbasado en nuevos datos del instrumento canadiense NIRISS en el telescopio espacial James Webb (JWST), ¡tiene muchas sorpresas!
Un equipo internacional de astrónomos identificó vapor de agua en la atmósfera del exoplaneta WASP-18 b e hizo un mapa de temperatura del planeta a medida que se deslizaba detrás y reaparecía de su estrella. Este evento se conoce como eclipse secundario. Los científicos pueden leer la luz combinada de la estrella y el planeta, y luego refinar las mediciones solo de la estrella a medida que el planeta se mueve detrás de ella.
Esta infografía explica cómo los astrónomos usan los tránsitos y eclipses de exoplanetas para aprender más sobre estos mundos distantes. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/R. Herir
El mismo lado, conocido como lado diurno, de WASP-18 b siempre mira hacia su estrella, al igual que el mismo lado de la Luna siempre mira hacia la Tierra. Esto se llama bloqueo de marea.
El mapa de temperatura o brillo del exoplaneta muestra un gran cambio de temperatura, de hasta 1000 grados, desde el punto más caliente frente a la estrella hasta el terminador, donde los lados diurno y nocturno del planeta bloqueado por mareas se encuentran en un crepúsculo permanente.
“El Telescopio James Webb Stace nos está dando la sensibilidad para hacer mapas mucho más detallados que nunca de planetas gigantes calientes como WASP-18 b. Esta es la primera vez que se mapea un planeta con JWST. ¡Es realmente emocionante ver que algo de lo que predijeron nuestros modelos, como una fuerte caída de la temperatura lejos del punto del planeta que mira directamente a la estrella, se ve realmente en los datos! dijo Megan Mansfield, becaria de Sagan en la Universidad de Arizona, y una de las autoras del artículo que describe los resultados.
El equipo cartografió gradientes de temperatura en el lado diurno del planeta. Dado lo mucho más frío que está el planeta en el terminador, es probable que haya algo que impida que los vientos redistribuyan eficientemente el calor hacia el lado nocturno. Pero lo que está afectando a los vientos sigue siendo un misterio.
“El mapa de brillo de WASP-18 b muestra la falta de vientos este-oeste que se corresponde mejor con los modelos con resistencia atmosférica. Una posible explicación es que este planeta tiene un fuerte campo magnético, ¡lo cual sería un descubrimiento emocionante!”. dijo el coautor Ryan Challener, de la Universidad de Michigan.
Una interpretación del mapa del eclipse es que los efectos magnéticos obligan a los vientos a soplar desde el ecuador del planeta hacia arriba sobre el polo norte y hacia abajo sobre el polo sur, en lugar de este-oeste, como cabría esperar.
Los investigadores registraron los cambios de temperatura en diferentes elevaciones de las capas de la atmósfera del planeta gigante gaseoso. Vieron que las temperaturas aumentaban con la elevación, variando en cientos de grados.
Signos de vapor de agua
El espectro de la atmósfera del planeta muestra claramente múltiples formas de agua pequeñas pero medidas con precisión, presentes a pesar de las temperaturas extremas de casi 2.700 grados centígrados.
Hace tanto calor que rompería la mayoría de las moléculas de agua, por lo que aún ver su presencia habla de la extraordinaria sensibilidad de Webb para detectar el agua restante. Las cantidades registradas en la atmósfera de WASP-18 b indican que el vapor de agua está presente en varias elevaciones.
El equipo obtuvo el espectro de emisión térmica de WASP-18 b midiendo la cantidad de luz que emite en el rango de longitud de onda NIRISS SOSS de 0,85 a 2,8 micras del Telescopio Webb, capturando el 65% de la energía total emitida por el planeta. WASP-18 b está tan caliente en el lado diurno de este planeta bloqueado por mareas que las moléculas de agua se vaporizarían. Webb observó directamente el vapor de agua en el planeta incluso en cantidades relativamente pequeñas, lo que indica la sensibilidad del observatorio. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech/R. Herir
«Fue una gran sensación mirar el espectro de Webb de WASP-18 b por primera vez y ver la firma sutil pero medida con precisión del agua», dijo Louis-Philippe Coulombe, Ph.D. estudiante de la Université de Montréal, miembro del Trottier Institute for Research on Exoplanets (iREx) y autor principal del artículo WASP-18 b.
“¡Usando este tipo de mediciones, podremos detectar tales moléculas para una amplia gama de planetas en los próximos años!”, agregó Björn Benneke, profesor de la UdeM, miembro de iREx y coautor de este artículo. Benneke es el doctorado de Coulombe. también asesor y ha liderado los esfuerzos mundiales para estudiar WASP-18 b desde 2016.
El trabajo del instrumento NIRISS de Webb y los primeros científicos de carrera
El equipo de astrónomos observó WASP-18 b durante unas seis horas utilizando uno de los instrumentos de Webb, el generador de imágenes de infrarrojo cercano y el espectrógrafo sin rendija (NIRISS), aportado por la Agencia Espacial Canadiense y varios socios, entre ellos la Universidad de Montreal e iREx.
“Debido a que las características del agua en este espectro son tan sutiles, fueron difíciles de identificar en observaciones anteriores. Eso hizo que finalmente fuera emocionante ver las características del agua con estas observaciones del JWST”, dijo Anjali Piette, becaria postdoctoral en la Carnegie Institution for Science y una de las autoras de la nueva investigación.
Las observaciones de NIRISS WASP-18 b de Webb se recopilaron como parte del Programa científico de liberación anticipada de la comunidad de exoplanetas en tránsito dirigido por Natalie Batalha, astrónoma de la Universidad de California, Santa Cruz, quien ayudó a coordinar la nueva investigación y los más de cien investigadores. en el equipo. Gran parte de este trabajo innovador lo están realizando científicos principiantes como Coulombe, Challener, Piette y Mansfield.
La proximidad, tanto a su estrella como a nosotros, ayudó a que WASP-18 b fuera un objetivo tan intrigante para estos científicos, al igual que su gran masa. WASP-18 b es uno de los mundos más masivos cuyas atmósferas podemos investigar.
Los astrónomos se esfuerzan por comprender cómo se forman esos planetas y cómo llegan a estar donde están en sus sistemas. Esto también tiene algunas respuestas tempranas de Webb.
“Al analizar el espectro de WASP-18 b, aprendemos sobre las diversas moléculas que se pueden encontrar en su atmósfera y cómo se formaron. A partir de nuestras observaciones, encontramos que la composición de WASP-18 b es muy similar a la de su estrella, lo que significa que probablemente se formó a partir del gas sobrante que estaba presente justo después del nacimiento de la estrella”, dijo Coulombe.
«Esos resultados son muy valiosos para obtener una imagen clara de cómo llegan a existir planetas extraños como WASP-18 b, que no tienen contraparte en nuestro Sistema Solar».
Fuente: Universidad de Montreal
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