Las primeras imágenes que ha logrado el telescopio espacial Webb de dióxido de carbono fuera del Sistema Solar sugieren que es probable que se formaran exoplanetas gigantes como Júpiter y Saturno.
Webb ha capturado sus primeras imágenes directas de dióxido de carbono en un planeta fuera del sistema solar, en HR 8799, un sistema multiplanetario a unos 130 años-luz de distancia. Durante mucho tiempo ha sido un objetivo clave para los estudios de formación de planetas.
Las observaciones proporcionan evidencia sólida de que los cuatro planetas gigantes del sistema se formaron de forma muy similar a Júpiter y Saturno, mediante la lenta formación de núcleos sólidos. También confirman que Webb puede hacer más que inferir la composición atmosférica a partir de mediciones de la luz estelar; esto es, puede analizar directamente la composición química de las atmósferas de los exoplanetas.
William Balmer, astrofísico de la Universidad Johns Hopkins que dirigió el estudio, lo explica así: “Al detectar estas fuertes formaciones de dióxido de carbono, hemos demostrado que existe una fracción considerable de elementos más pesados, como carbono, oxígeno y hierro, en las atmósferas de estos planetas. Dado lo que sabemos sobre la estrella que orbitan, esto probablemente indica que se formaron por acreción del núcleo, lo cual, para planetas que podemos ver directamente, es una conclusión emocionante”.
Un análisis de las observaciones, que también incluyeron un sistema a 96 años-luz de distancia llamado 51 Eridani, aparece en The Astronomical Journal.
El HR 8799 es un sistema joven de unos 30 millones de años, una fracción de los 4.600 millones de años de nuestro Sistema Solar. Aún caliente debido a su violenta formación, HR 8799 emite grandes cantidades de luz infrarroja que proporciona a los científicos datos valiosos sobre cómo se compara su formación con la de estrellas o enanas marrones.
Sistema Solar
Es bien sabido por los astrofísicos que los planetas gigantes pueden formarse de dos maneras: formando lentamente núcleos sólidos que atraen gas, como nuestro Sistema Solar, o colapsando rápidamente desde el disco de enfriamiento de una estrella joven hasta convertirse en objetos masivos.
Conocer qué modelo es más común puede dar a los investigadores nuevas pistas para distinguir entre los tipos de planetas que encuentran en otros sistemas.
“Nuestra esperanza con este tipo de investigación es comprender nuestro propio Sistema Solar, la vida y a nosotros mismos en comparación con otros sistemas exoplanetarios, para poder contextualizar nuestra existencia. Queremos tomar fotografías de otros sistemas solares y ver en qué se parecen o se diferencian del nuestro. A partir de ahí, podemos intentar comprender cuán extraño es realmente nuestro Sistema Solar, o cuán normal es”, añade Balmer.
Se han fotografiado directamente muy pocos exoplanetas, ya que los planetas distantes son miles de veces más débiles que sus estrellas. Al capturar imágenes directas en longitudes de onda específicas solo accesibles con el telescopio espacial Webb, este equipo abre la puerta para realizar observaciones más detalladas que determinen si los objetos que observan orbitando otras estrellas son realmente planetas gigantes u objetos como enanas marrones, que se forman como estrellas, pero no acumulan suficiente masa para iniciar la fusión nuclear.
“Tenemos otras líneas de evidencia que apuntan a la formación de estos cuatro planetas HR 8799 mediante este enfoque ascendente”, afirma Laurent Pueyo, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial.
Este hallazgo ha sido posible gracias a los coronógrafos del Webb, que bloquean la luz de estrellas brillantes, como ocurre en un eclipse solar, para revelar mundos que de otro modo estarían ocultos. Esto permitió al equipo buscar luz infrarroja en longitudes de onda que revelan gases específicos y otros detalles atmosféricos.
Planetas gigantes
Al analizar el rango de longitud de onda de tres a cinco micrómetros, el equipo descubrió que los cuatro planetas HR 8799 contienen más elementos pesados de lo que se creía, otro indicio de que se formaron de forma similar a los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar.
Las observaciones también revelaron la primera detección del planeta más interno, HR 8799 e, a una longitud de onda de 4,6 micrómetros, y de 51 Eridani b a 4,1 micrómetros, lo que demuestra la sensibilidad del telescopio Webb para observar planetas tenues cerca de estrellas brillantes.
Cabe recordar que, en 2022, una de las técnicas de observación clave del Webb detectó indirectamente dióxido de carbono en otro exoplaneta, llamado WASP-39 b, al rastrear cómo su atmósfera alteraba la luz de las estrellas cuando pasaba frente a su estrella. “Esto es lo que los científicos han estado haciendo con planetas en tránsito o enanas marrones aisladas desde el lanzamiento del JWST”, asegura Pueyo.
Rémi Soummer, director del Laboratorio de Óptica del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, añade que sabían que el JWST podía medir los colores de los planetas exteriores en sistemas captados directamente. “Llevamos 10 años esperando confirmar que nuestras operaciones, perfectamente ajustadas, también nos permitirían acceder a los planetas interiores. Ahora tenemos los resultados y podemos realizar investigaciones interesantes con ellos”, subraya.
Este equipo espera utilizar los coronógrafos del Webb para analizar más planetas gigantes y comparar su composición con los modelos teóricos. “Estos planetas -detalla Balmer- tienen implicaciones muy importantes. Si actúan como bolas de bolos recorriendo nuestro Sistema Solar, pueden perturbar, proteger o, en menor medida, hacer ambas cosas a planetas como el nuestro. Comprender mejor su formación es crucial para entender la formación, supervivencia y habitabilidad de planetas similares a la Tierra en el futuro”.