En sus primeros meses de funcionamiento, el Telescopio espacial James Webb (JWST) ya está demostrando que valió la pena la espera. Hasta la fecha, ha proporcionado a los astrónomos las imágenes más detalladas y precisas del cosmos, ha realizado observaciones de galaxias y nebulosas icónicas, ha mirado hasta el borde mismo del Universo y ha obtenido espectros de exoplanetas distantes. Estas imágenes resultantes, hechas públicas a través de la JWST Ciencia de salida temprana (ERS), han proporcionado una buena muestra representativa de lo que este observatorio de próxima generación puede hacer.
Entre sus muchos objetivos, el JWST proporcionará información valiosa sobre la formación y evolución de los sistemas de exoplanetas a través de imágenes directas. Utilizando datos del ERS, un equipo internacional de astrónomos y astrofísicos realizó un estudio de imágenes directas de una compañera enana marrón (VHS 1256-1257b) orbitando dentro de un sistema de triple enana marrón a aproximadamente 69,0 años luz de distancia. Los espectros que obtuvieron de este cuerpo proporcionaron una composición detallada de su atmósfera, que incluyó un hallazgo inesperado: ¡nubes hechas de minerales de silicato (también conocido como arena)!
La investigación fue realizada por el Programa científico de lanzamiento anticipado JWST para observaciones directas de sistemas exoplanetarios colaboración (el equipo ERS 1386, para abreviar), dirigido por la Universidad de California Santa Cruz (UCSC). El documento que describe sus hallazgos es el segundo de una serie que examina las observaciones directas de exoplanetas realizadas por Webb, los cuales se encuentran actualmente en revisión. El primer artículo (publicado al mismo tiempo) examinó los datos de ERS sobre el exoplaneta. cadera 65426 bun super Júpiter que Webb observó en las longitudes de onda del infrarrojo cercano y medio.
La colaboración ERS 1386 comprende a 120 astrónomos de más de 100 institutos y universidades de todo el mundo y está dedicada a obtener imágenes directas de sistemas de exoplanetas en el rango infrarrojo medio. Esto incluirá la obtención de espectros de atmósferas de exoplanetas para determinar la habitabilidad y el examen de discos de escombros circunestelares para aprender más sobre la formación de planetas. Como declaró el equipo durante el Congreso Europeo de Ciencias Planetarias 2018«La humanidad nunca ha observado sistemas exoplanetarios en estas longitudes de onda, y nuestras observaciones serán transformadoras para comprender la química y la composición de estos mundos distantes».
Desde una perspectiva técnica, el Programa de lanzamiento anticipado del programa está diseñado para evaluar el rendimiento de los modos de observación del JWST que permiten obtener imágenes directas de exoplanetas, compañeros de masa planetaria y los discos circunestelares que los forman. Esto incluye el Cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y Instrumento de infrarrojo medio (MIRI) modos coronagráficos (que bloquean la luz de las estrellas, por lo que los exoplanetas son visibles) y el Generador de imágenes de infrarrojo cercano y espectrógrafo sin rendija (NIRSpec) modo de interferometría de enmascaramiento de apertura (que combina la luz de fuentes dispares para crear imágenes).
La Dra. Aarynn Carter, becaria postdoctoral en UCSC y miembro de ERS 1386, fue la autora principal del primer artículo de la colaboración. Como explicó a Universe Today por correo electrónico, las observaciones de Webb de HIP 65426 b demostraron efectivamente las capacidades de imágenes directas del observatorio:
“Estas observaciones demostraron que JWST es capaz de obtener mediciones precisas del flujo de exoplanetas en todo el infrarrojo cercano y medio. Estas medidas nos permiten obtener una restricción precisa de la energía total emitida, o luminosidad, de HIP 65426b. En comparación con los modelos de evolución planetaria, esto, a su vez, nos ha dado restricciones muy precisas sobre sus propiedades generales, como la temperatura, la masa y el radio. Con el trabajo futuro, podemos comenzar a comprender qué significan estas observaciones para las propiedades atmosféricas de HIP 65426 b”.
Para ellos último estudio, el equipo consultó los datos obtenidos por MIRI y NIRSpec de Webb de VHS 1256 b, una compañera enana marrón veinte veces más masiva que Júpiter y que orbita a una distancia de unas 150 UA. Estas observaciones se realizaron el 5 de julio de 2022, durante más de dos horas y en longitudes de onda que van de 1 a 20 micrómetros. Los espectros que obtuvieron proporcionaron información detallada sobre la composición atmosférica de VHS 1256 b y en longitudes de onda nunca antes vistas con una enana marrón.
Dra. Bretaña E. Miles, becario posdoctoral presidencial de la UC en UC Irvine y miembro de la Colaboración ERS 1386, fue el autor principal del segundo artículo. Como le dijo a Universe Today por correo electrónico:
“El infrarrojo cercano y el infrarrojo medio muestran características de metano, monóxido de carbono, sodio, potasio y agua. Hay evidencia de dióxido de carbono. Todas estas características se han observado antes en enanas marrones de esta temperatura. Sin embargo, nunca habíamos visto monóxido de carbono con tanto detalle a 5 micrones.
“Estos nos dan la oportunidad en estudios futuros de comprender cuánto carbono y oxígeno hay en el objeto en general, lo que da una pista de qué tan “rico en metales” es en comparación con su estrella anfitriona. La composición de una enana marrón puede potencialmente dar una idea de las formas en que se pudo haber formado el objeto”.
Miles y sus colegas también notaron la detección directa de nubes de silicato, lo que convierte a este en el primer caso en el que se realizó un fenómeno de este tipo para un compañero de masa planetaria. Este y otros exámenes espectroscópicos recientes de enanas marrones (como un estudio reciente Residencia en Spitzer datos) confirman que estos objetos de masa subestelar producen suficiente calor para vaporizar minerales. También proporciona información sobre cómo funcionan las atmósferas planetarias, particularmente para los planetas que tienen un tamaño y una temperatura más cercanos a la Tierra.
Estos resultados fueron similares a las observaciones anteriores de HR 8799 c, d y e, tres exoplanetas que orbitan una estrella variable de tipo K a unos 133 años luz de la Tierra. Estos exoplanetas varían entre 7 y 9 masas solares estimadas, probablemente enanas marrones, y tienen espectros similares. Sin embargo, el JWST proporcionó una resolución y una capacidad de generación de imágenes mucho mayores que las campañas de observación anteriores, lo que validó aún más el sofisticado observatorio y su capacidad para generar imágenes y caracterizar exoplanetas directamente. Carter dijo:
“También determinamos que JWST es hasta un factor de 10 más sensible de lo que anticipamos en estos modos de observación. Esto significa que podremos hacer fácilmente este tipo de observación en una mayor cantidad de objetos conocidos. Además, para algunas estrellas, seremos más sensibles de lo que actualmente es posible desde el suelo, lo que significa que también podremos descubrir nuevos planetas. Particularmente, hasta ahora, solo hemos obtenido imágenes directas de objetos más grandes que Júpiter. JWST puede permitirnos detectar Saturno o incluso análogos de Urano/Neptuno”.
El estudio ricamente detallado de los exoplanetas es solo una forma más en la que Webb está cumpliendo sus objetivos científicos. Con sus ópticas, coronógrafos y espectrómetros avanzados, este observatorio de próxima generación confirmará y caracterizará los exoplanetas como nunca antes. Esto permitirá a los astrónomos completar el censo de exoplanetas, detectar planetas rocosos más pequeños que orbitan más cerca de sus estrellas y restringir aún más la habitabilidad planetaria. Con un poco de suerte, puede incluso descubrir la primera evidencia de vida más allá de nuestro Sistema Solar.
Otras lecturas: arXiv
