Webb revela nuevos conocimientos sobre el exoplaneta TRAPPIST-1

Los astrónomos han logrado avances en el estudio del sistema exoplanetario TRAPPIST-1, centrándose en el papel de la contaminación estelar y explorando las atmósferas potenciales de TRAPPIST-1 b.

Los astrónomos dirigidos por un equipo de la Universidad de Montreal han logrado importantes avances en la comprensión del intrigante sistema exoplanetario TRAPPIST-1, que se descubrió por primera vez en 2016 en medio de especulaciones de que algún día podría proporcionar un lugar para que vivan los humanos.

La nueva investigación arroja luz no sólo sobre la naturaleza de TRAPPIST-1 b, sino… exoplaneta Debido a que orbita cerca de la estrella del sistema, también demostró la importancia de las estrellas madre al estudiar exoplanetas.

Publicado en Cartas de revistas astrofísicasLos hallazgos de astrónomos del Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas (iREx) de la UdeM y colegas de Canadá, Reino Unido y Estados Unidos resaltan la compleja interacción entre la actividad estelar y las propiedades de los exoplanetas.

SISTEMA TRAPPISTA-1

TRAPPIST-1 es una estrella mucho más pequeña y fría que nuestro Sol, situada a unos 40 años luz de la Tierra. Desde el descubrimiento de siete exoplanetas del tamaño de la Tierra hace siete años, ha captado la atención tanto de científicos como de entusiastas del espacio. Estos mundos, estrechamente agrupados alrededor de su estrella, con tres de ellos dentro de su zona habitable, han generado esperanzas de encontrar entornos potencialmente habitables fuera de nuestro sistema solar.

Esta ilustración muestra cómo podría verse el sistema planetario TRAPPIST-1, según los datos disponibles sobre los diámetros, masas y distancias de los planetas a la estrella anfitriona. Los astrónomos los llamaron planetas TRAPPIST-1a, TRAPPIST-1b, etc. Fuente de la imagen: NASA/JPL-Caltech

Dirigidos por la estudiante de doctorado de iREx Olivia Lim, los investigadores utilizaron potentes Telescopio espacial James Webb (JWST) para monitorear TRAPPIST-1 b. Sus observaciones fueron recopiladas como parte del programa de Observadores Generales (GO) más grande liderado por Canadá durante el primer año de operaciones del JWST. (Este programa también incluyó observaciones de otros tres planetas del sistema, TRAPPIST-1 c, g y h). TRAPPIST-1 b fue observado durante dos tránsitos (el momento en que el planeta pasa por delante de su estrella) utilizando Al-Kindi. El instrumento NIRISS se fabrica a bordo del telescopio espacial James Webb.

Técnicas de vigilancia y resultados preliminares.

«Estas son las primeras observaciones espectroscópicas de cualquier planeta TRAPPIST-1 obtenidas por el Telescopio Espacial James Webb, y las hemos estado esperando durante años», dijo Lim, investigador principal del programa GO.

Ella y sus colegas utilizaron espectroscopia de transmisión para mirar más profundamente en el mundo distante. Al analizar la luz de la estrella central después de atravesar la atmósfera del exoplaneta durante el tránsito, los astrónomos pueden ver la huella única dejada por las moléculas y átomos dentro de esta atmósfera.

Olivia Lim, estudiante de doctorado en el Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas de la Universidad de Montreal, dirigió el equipo que estudió el exoplaneta TRAPPIST-1 b y su estrella utilizando los primeros datos espectroscópicos del sistema TRAPPIST-1 del Telescopio espacial James Webb. Crédito de la imagen: Amelie Philibert, Universidad de Montreal.

«Sólo un pequeño subconjunto»

«Esto es sólo un pequeño subconjunto de muchas otras observaciones de este sistema planetario único que aún no han sido analizadas», añade René Doyon, investigador principal del instrumento NIRISS y coautor del estudio. «Estas primeras observaciones resaltan el poder de NIRISS y JWST en general para explorar atmósferas delgadas alrededor de planetas rocosos».

El principal descubrimiento para los astrónomos fue la importancia que tienen la actividad estelar y la contaminación a la hora de determinar la naturaleza de un exoplaneta. La contaminación estelar se refiere a la influencia de las características especiales de una estrella, como manchas oscuras y una cara brillante, en las mediciones de la atmósfera de un exoplaneta.

El equipo encontró pruebas convincentes de que la contaminación estelar desempeña un papel crucial en la configuración de los espectros de transmisión de TRAPPIST-1 b, y probablemente de otros planetas del sistema. La actividad de la estrella central puede crear «señales fantasmas» que pueden engañar a un observador haciéndole creer que ha detectado una molécula particular en la atmósfera del exoplaneta.

Los científicos dicen que este resultado subraya la importancia de tener en cuenta la contaminación estelar al planificar futuras observaciones de todos los sistemas exoplanetarios. Esto es especialmente cierto para sistemas como TRAPPIST-1, ya que el sistema está centrado alrededor de una estrella enana roja que puede ser particularmente activa con manchas estelares y frecuentes eventos de llamaradas.

«Además de la contaminación de manchas y facies estelares, vimos una llamarada estelar, un evento impredecible durante el cual una estrella parece más brillante durante varios minutos u horas», dijo Lim. «Esta llamarada afectó nuestras mediciones de la cantidad de luz bloqueada por el planeta. Estas señales de actividad estelar son difíciles de modelar, pero debemos tenerlas en cuenta para asegurarnos de que estamos interpretando los datos correctamente».

Modelado y análisis

Basándose en las observaciones combinadas del Telescopio Espacial James Webb, Lim y su equipo exploraron una variedad de modelos atmosféricos para TRAPPIST-1 b, examinando varias combinaciones y escenarios posibles.

Descubrieron que podían descartar con confianza la existencia de atmósferas libres de nubes y ricas en hidrógeno; en otras palabras, no parece haber una atmósfera clara y extendida alrededor de TRAPPIST-1 b. Sin embargo, los datos no pueden descartar definitivamente atmósferas más delgadas, como las formadas por agua pura, dióxido de carbono o metano, ni una atmósfera similar a la de Titán, una luna de la Tierra. Saturno Es la única luna del sistema solar que tiene atmósfera propia.

Estos resultados son generalmente consistentes con observaciones JWST anteriores (ópticas, no espectroscópicas) de TRAPPIST-1 b utilizando el instrumento MIRI. El nuevo estudio también demuestra que el instrumento NIRISS de Canadá es un instrumento sensible y de alto rendimiento capaz de sondear las atmósferas de exoplanetas del tamaño de la Tierra a niveles impresionantes.

Referencia: “Reconocimiento atmosférico de TRAPPIST-1 b usando JWST/NIRISS: Evidencia de una fuerte contaminación estelar en espectros de transmisión” por Olivia Lim, Björn Beneke, René Doyon, Ryan J. MacDonald, Caroline Piollet, Etienne Artigau, Louis-Philippe Coulomb. , Michael Radica, Alexandrine Leureux, Loic Albert, Benjamin V. Rackham, Julien de Wit, Salma Salehi, Pierre-Alexis Roy, Laura Flagg, Marilou Fournier Tondreau, Jake Taylor, Neil J. Cook, David Lafreniere, Nicholas P. Cowan, Lisa Kaltenegger, Jason F. Rowe, Nestor Espinoza, Lisa Dang y Antoine Darvaux-Bernier, 22 de septiembre de 2023. Cartas de revistas astrofísicas.
doi: 10.3847/2041-8213/acf7c4