El telescopio espacial James Webb de la NASA observó el exoplaneta WASP-80-b al pasar por delante y por detrás de su estrella anfitriona, revelando espectros indicativos de una atmósfera que contiene gas metano y vapor de agua.

 Claves en la detección del metano

Si bien hasta la fecha se ha detectado vapor de agua en más de una docena de planetas, hasta hace poco el metano -una molécula que abunda en las atmósferas de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno dentro de nuestro sistema solar- se había mantenido esquivo en las atmósferas de los exoplanetas en tránsito cuando se estudiaba con espectroscopia espacial.

 

Con una temperatura de unos 825 K, el exoplaneta WASP-80 b es lo que se denomina un “Júpiter cálido”, que son planetas similares en tamaño y masa al planeta Júpiter de nuestro sistema solar pero con una temperatura intermedia entre la de los Júpiter calientes, como el HD 209458 b (el primer exoplaneta en tránsito descubierto) de 1.450 K, y la de los Júpiter fríos, como el nuestro, de unos 125 K.

WASP-80 b gira alrededor de su estrella enana roja una vez cada tres días y está situado a 163 años-luz de nosotros. Debido a que el planeta está tan cerca de su estrella y ambos se encuentran tan lejos de nosotros, no podemos ver el planeta directamente ni siquiera con los telescopios más avanzados como el Webb. En su lugar, se estudia la luz combinada de la estrella y el planeta utilizando el método del tránsito (que se ha utilizado para descubrir la mayoría de los exoplanetas conocidos), y el método del eclipse.

Tránsito de un exo-planeta

Utilizando el método del tránsito, observamos el sistema cuando el planeta se mueve delante de su estrella desde nuestra perspectiva, haciendo que la luz estelar que vemos se atenúa un poco. Es como cuando alguien pasa por delante de una lámpara y la luz se atenúa. Durante este tiempo, la estrella ilumina un delgado anillo de la atmósfera del planeta que rodea el límite entre el día y la noche, y en ciertos colores de luz en los que las moléculas de la atmósfera del planeta absorben la luz, la atmósfera parece más densa y bloquea más la luz de la estrella, provocando un oscurecimiento mayor en comparación con otras longitudes de onda en las que la atmósfera parece transparente. Este método ayuda a comprender de qué está hecha la atmósfera del planeta viendo qué colores de luz se bloquean.

Por otro lado, utilizando el método del eclipse, se observa el sistema cuando el planeta pasa por detrás de su estrella desde nuestra perspectiva, causando otra pequeña disminución en la luz total que recibimos. Todos los objetos emiten algo de luz, llamada radiación térmica, y la intensidad y el color de la luz emitida dependen de lo caliente que esté el objeto. Justo antes y después del eclipse, el lado caliente del planeta apunta hacia nosotros, y midiendo la disminución de luz durante el eclipse pudimos medir la luz infrarroja emitida por el planeta.

En los espectros de los eclipses, la absorción por las moléculas de la atmósfera del planeta suele aparecer como una reducción de la luz emitida por el planeta en determinadas longitudes de onda. Además, como el planeta es mucho más pequeño y frío que su estrella anfitriona, la profundidad de un eclipse es mucho menor que la de un tránsito.

 

Con una detección tan fiable, no sólo hemos encontrado una molécula muy difícil de encontrar, sino que ahora podemos empezar a explorar lo que esta composición química nos dice sobre el nacimiento, el crecimiento y la evolución del planeta. Por ejemplo, al medir la cantidad de metano y agua en el planeta, podemos deducir la proporción de átomos de carbono y oxígeno. Se espera que esta proporción cambie dependiendo de dónde y cuándo se formen los planetas en su sistema. Así, el examen de esta relación carbono-oxígeno puede ofrecer pistas sobre si el planeta se formó cerca de su estrella o más lejos antes de desplazarse gradualmente hacia el interior.

Otra cosa que nos entusiasma de este descubrimiento es la oportunidad de comparar por fin planetas de fuera de nuestro sistema solar con los de dentro. La NASA ha enviado naves espaciales a los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar para medir la cantidad de metano y otras moléculas en sus atmósferas. Ahora, al disponer de una medición del mismo gas en un exoplaneta, podemos empezar a realizar una comparación “de manzanas con manzanas” y ver si las expectativas del sistema solar coinciden con lo que vemos fuera de él.

Material extra: en un video de mi canal “Astronomía en Español”, explico la detección de agua en un exoplaneta. 

 

Mas observaciones con el JWST

Por último, al mirar hacia futuros descubrimientos con el JWST, este resultado nos muestra que estamos al borde de hallazgos más emocionantes. Observaciones adicionales con MIRI y NIRCam de WASP-80 b con Webb nos permitirán sondear las propiedades de la atmósfera en diferentes longitudes de onda de luz. Estos hallazgos nos llevan a pensar que podremos observar otras moléculas ricas en carbono, como el monóxido y el dióxido de carbono, lo que nos permitirá hacernos una idea más completa de las condiciones de la atmósfera de este planeta. Además, a medida que encontremos metano y otros gases en los exoplanetas, seguiremos ampliando nuestros conocimientos sobre el funcionamiento de la química y la física en condiciones distintas a las que tenemos en la Tierra y, quizá dentro de poco, en otros planetas que nos recuerden a los que tenemos aquí en casa.