Telescopio Webb para una mirada sin precedentes a los exoplanetas

“Vamos a mirar todos los objetos en el sistema solar, comenzando con Marte y yendo más lejos”, dijo John Mather, científico jefe del Proyecto Webb en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Señaló que algunos de los principales objetivos de Webb incluyen mundos oceánicos en nuestro sistema solar, como la luna de Júpiter, Europa, y la luna de Saturno, Titán. Las misiones futuras investigarán si la vida o la química que conduce a la vida es posible en estos mundos.

Mirando a las atmósferas de los planetas

Fuera de nuestro sistema solar, quedan preguntas más importantes. Webb podría arrojar más luz sobre los tipos de planetas que existen fuera de nuestro pequeño rincón del universo. Pero no buscará las atmósferas de planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al Sol.

En cambio, los planetas que observaría Webb se encuentran alrededor de estrellas mucho más pequeñas y frías, que son muy comunes en nuestra galaxia. Es posible que esos planetas aún sean habitables, dijo Klaus Pontopedan, científico del proyecto Webb en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore.

Además de observar exoplanetas y sus superficies, Webb en realidad podría mirar dentro de sus atmósferas, si esos planetas las tuvieran. Allí, un verdadero arco iris de información aguarda. Los gases dentro de la atmósfera del planeta absorben luz en colores específicos, lo que permitirá a los científicos identificarlos y ver la composición de la atmósfera de un exoplaneta.

“La Web significa cosas diferentes para los diferentes científicos de exoplanetas, pero para muchos de ellos se trata de estudiar las atmósferas de los exoplanetas”, dijo Seeger. “Y cuando un planeta pasa frente a su estrella anfitriona, la luz de una estrella brilla a través de la atmósfera. Y al ver la luz que pasa y lo que está bloqueado, podemos identificar los gases en la atmósfera”.

Si bien el telescopio espacial Hubble ya ha permitido a los científicos hacer precisamente eso, este nuevo telescopio “nos llevará al siguiente nivel”, dijo Seeger.

Imagínese ver la Tierra desde lejos. Desde esta perspectiva, nuestra atmósfera se vería como una pequeña capa de niebla sobre el planeta. Por eso la atmósfera es tan difícil de sentir.

“Soñamos con estudiar planetas rocosos y ver vapor de agua, lo que indica la presencia de agua líquida en los océanos”, dijo Seeger. “Si podemos demostrar que los planetas rocosos con vapor de agua son comunes, eso sugiere que los planetas rocosos con océanos acuosos son comunes. El agua es esencial para toda la vida tal como la conocemos. Así que sería un gran hito”.

El descubrimiento de gases inesperados o ininteligibles puede ser un descubrimiento más interesante, dijo, lo que lleva a más preguntas que respuestas.

Webb también contribuirá con más datos que ayuden a los científicos a ver planetas en 3D, dijo Nicole Lewis, astrofísica y profesora asistente de astronomía en la Universidad de Cornell. Esto incluye la temperatura, la composición de las nubes e incluso la capacidad de comprender el clima que ocurre en otros planetas para crear una mejor imagen de los climas extraterrestres.

“Esta década será verdaderamente la década de la comprensión de los planetas menores alrededor de estrellas jóvenes y luego, las décadas siguientes, volveremos nuestros ojos hacia los planetas pequeños alrededor de estrellas similares al sol”.

Acercar TRAPPIST-1

Tres de los planetas se encuentran dentro de la zona habitable de la estrella, donde el agua líquida podría acumularse en la superficie del planeta y posiblemente sustentar la vida.

El primer paso es determinar si los planetas tienen atmósferas. Los planetas actualmente orbitan una estrella enana súper fría, pero no siempre han estado en condiciones tan favorables. La estrella tiene la mitad de la temperatura y una décima parte de la masa del sol. Pero hacía mucho más calor al principio de su vida, lo que podría hacer que los planetas cercanos perdieran su atmósfera, océanos o hielo.

“Estas pequeñas estrellas enanas rojas, tienes que pensar en ellas como si hubieran pasado por una adolescencia muy larga y con muy mal comportamiento”, dijo Seeger. “Durante ese tiempo, estuvieron muy calientes y liberaron mucha energía. Así que un planeta que está en la zona habitable hoy ha sido bombardeado con calor y mucha energía y la gente piensa que puede haber perdido su atmósfera durante ese tiempo. no se puede regenerar la atmósfera, no estamos seguros “.

Los investigadores que descubrieron los planetas TRAPPIST descubrieron que utilizan el método de tránsito. Los astrónomos vieron sombras, como pequeños eclipses, cortando periódicamente el patrón constante de luz estelar mientras observaban la estrella a través de su telescopio. A esto se le llama tránsito. Las sombras indicaron la presencia de planetas, una observación adicional lo confirmó.

La misma luz estelar utilizada para detectar planetas pasa a través de la atmósfera del planeta. Cuando eso sucede, los astrónomos pueden detectar la composición de la atmósfera, si la hay. Este método también revela colores que representan diferentes longitudes de onda de luz.

Uno de los objetivos planificados de Webb es TRAPPIST-1e, que es potencialmente habitable. Los investigadores buscarán señales de la atmósfera y luego componentes específicos, como señales de dióxido de carbono o agua, dijo Lewis.

“La naturaleza nos ha dado una muestra de siete planetas del tamaño aproximado de la Tierra en un sistema”, dijo Lewis. “En la ciencia del sistema solar, comparamos los planetas entre sí y esto nos ayuda a comprender cómo se formaron y por qué la Tierra es el único planeta actualmente conocido que alberga vida en el sistema solar. Y entonces TRAPPIST nos dará esa misma oportunidad en el sistema de exoplanetas. mirar ambos planetas “.

El telescopio Webb puede vislumbrar las atmósferas potenciales de los siete planetas TRAPPIST. Seeger dijo que observar estos mundos podría ayudar a los científicos a comprender mejor la evolución de los planetas.

Explora mundos misteriosos

La gama de planetas que Webb verá es maravillosamente diversa, incluidos “Júpiter calientes”, “Neptuno cálido”, planetas que explotan con calor cuando orbitan su estrella e incluso mundos que orbitan estrellas enanas blancas muertas.

Webb puede revelar los procesos físicos que conducen a la diversidad de exoplanetas, dijo Natalie Batalha, profesora de astronomía y astrofísica en la Universidad de California, Santa Cruz. Batalha también se desempeñó como co-investigador y científico de la misión Kepler en la misión Kepler, que ayudó a encontrar miles de exoplanetas.

“Una de las cosas que le quita a Kepler es que la diversidad de planetas en la galaxia supera con creces la diversidad de planetas en nuestro sistema solar”, dijo Batalha. “Así que creo que esto tiene implicaciones muy importantes para el estudio de la habitabilidad de los planetas y dónde estarían los lugares más probables para la vida. Espero que Webb solucione eso y nos dé esta nueva lente sobre la diversidad”.

Un misterio son los llamados planetas con un núcleo desnudo. Imagínese un planeta que se formó como el gigante de hielo Neptuno, pero que está cerca de su estrella. Con el tiempo, dijo Batalha, la atmósfera de hidrógeno del planeta se ha despojado, dejando un núcleo rocoso que se parece a la Tierra, pero que debería ser muy diferente en el interior.

“¿Es esta esencia pura propicia para la vida? ¿Es esta una droga adicional de potencial vital? No lo sé”, dijo Patalha.

Estos difieren de cómo se formó la atmósfera de la Tierra. La identificación de trazadores atmosféricos con Webb podría revelar más sobre estos mundos de núcleo desnudo.

Otro misterio descubierto por Kepler es la existencia de planetas entre el tamaño de la Tierra y Neptuno. Dependiendo de su tamaño exacto, se le conoce como una super-Tierra o sub-Neptuno, dijo Joanna Teske, científica del Laboratorio Planetario y de la Tierra en la Institución Carnegie para la Ciencia en Washington, DC.

Kepler ayudó a los científicos a darse cuenta de que “el tipo de planeta más común (por ahí) es uno que ni siquiera tenemos en nuestro propio sistema solar, una especie de puente entre pequeños planetas terrestres que orbitan cerca de sus estrellas y planetas gigantes gaseosos que son un un poco lejos “, dijo Natalie Batalha.

Estos planetas son comunes alrededor de estrellas similares al Sol, dijo Tisci, a menudo aparecen en sistemas multiplanetarios y parecen ser un resultado muy común de la formación de planetas.

Teske dijo que los científicos quieren entender si estos mundos son más similares a la Tierra o Neptuno, o si son algo completamente diferente. Su proyecto está diseñado para abordar cómo se forman estos planetas, así como su posible formación y atmósferas.

Es probable que los planetas sean mundos gaseosos, terrestres o incluso acuosos, por lo que el equipo buscará ver si hay agua en su atmósfera.

Teskey dijo que el telescopio espacial James Webb “abrirá el campo para caracterizar las atmósferas de los exoplanetas”.