Los investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb han detectado diferencias en la atmósfera del exoplaneta WASP-39 b, revelando diferencias de temperatura y una distinta cobertura de nubes en los hemisferios de la Tierra bloqueados por las mareas. El planeta, de tamaño similar a Júpiter pero más cercano en masa a Saturno, muestra una cara vespertina más cálida en comparación con su cara matutina, debido a las fuertes circulaciones atmosféricas. Copyright: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial)
La espectroscopia de infrarrojo cercano de la estrella finita confirma las diferencias en la atmósfera matutina y vespertina.
Desde la primera Planeta extrasolar En 1992 se descubrieron miles de planetas que orbitan alrededor de estrellas fuera de nuestro sistema solar, y su existencia ha sido confirmada mediante innumerables métodos diferentes, incluidas imágenes directas, microlentes gravitacionales, mediciones de tránsito y mediciones astronómicas. A lo largo de los años, han evolucionado técnicas para estudiar estos exoplanetas, a medida que los astrónomos aprenden detalles sobre las composiciones atmosféricas de estos mundos distantes.
NASA‘s Telescopio espacial James Webb Continúa desarrollando este campo de estudio y profundizando nuestra comprensión de la diversidad de exoplanetas y sus atmósferas.
¿Cuál es la última? Webb ha permitido a los astrónomos analizar las diferencias atmosféricas entre la mañana y la tarde en un exoplaneta bloqueado por mareas, una hazaña increíble para un mundo distante a 700 años luz de la Tierra como WASP-39 b.
Este arte conceptual muestra cómo se vería el exoplaneta WASP-39 b según las observaciones de tránsito indirecto del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, así como de otros telescopios espaciales y terrestres. Copyright: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense, Ralph Crawford (Instituto de Ciencias Espaciales)
El Telescopio Espacial Webb observa el eterno amanecer y atardecer en mundos distantes
Los investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA finalmente han confirmado lo que los modelos predijeron anteriormente: el exoplaneta tiene diferencias entre su eterna atmósfera matutina y su eterna atmósfera vespertina. WASP-39 b, un planeta gigante con un diámetro 1,3 veces mayor que nuestro planeta. Júpiterpero el bloque es similar a Saturno El planeta orbita una estrella a unos 700 años luz de la Tierra y está vinculado por mareas a su estrella madre. Esto significa que tiene un lado diurno fijo y un lado nocturno fijo: un lado del planeta siempre está expuesto a su estrella, mientras que el otro lado siempre está envuelto en oscuridad.
Utilizando el espectrómetro de infrarrojo cercano del Observatorio Webb, los astrónomos han confirmado la existencia de una diferencia de temperatura entre la mañana eterna y la tarde eterna en WASP-39 b, siendo la tarde unos 300 grados centígrados más cálida. F grados (alrededor de 200 Celsius También encontraron evidencia de una cobertura de nubes diferente, siendo más probable que la parte permanente de la mañana del planeta esté más nublada que la tarde.
Esta animación describe cómo Webb utiliza la espectroscopía de transmisión para estudiar las atmósferas de exoplanetas distantes. Crédito de la imagen: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense, Leah Hostak
Avances en los estudios de atmósferas exoplanetarias
Los astrónomos analizaron un espectro de transición de 2 a 5 micrones de WASP-39 b, una técnica que estudia el extremo del exoplaneta, el límite entre el lado diurno y el lado nocturno de un planeta. Se crea un espectro de transición comparando la luz estelar filtrada a través de la atmósfera del planeta a medida que se mueve frente a la estrella, con la luz estelar sin filtrar detectada cuando el planeta está al lado de la estrella. Al hacer esta comparación, los investigadores pueden obtener información sobre la temperatura, composición y otras propiedades de la atmósfera del planeta.
«WASP-39 b se ha convertido en un planeta de referencia en el estudio de las atmósferas de exoplanetas utilizando el telescopio Webb», dijo Néstor Espinosa, investigador de exoplanetas en el Instituto Max Planck de Ciencias Espaciales. Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial «El planeta tiene una atmósfera hinchada, por lo que la señal de la luz de las estrellas que pasa a través de la atmósfera del planeta es muy fuerte», dice el autor principal del estudio.
La curva de luz del Telescopio Espacial James Webb de la NASA muestra que el brillo del sistema estelar WASP-39 cambia con el tiempo a medida que el planeta transita por la estrella. Esta observación se realizó utilizando el modo de serie temporal de objetos brillantes de NIRSpec, que utiliza una rejilla para dispersar la luz de un único objeto brillante (como la estrella anfitriona de WASP-39 b) y medir el brillo de cada longitud de onda de luz en intervalos de tiempo específicos. Copyright: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense, Ralph Crawford (Instituto de Ciencias Espaciales)
Información sobre la temperatura y la composición atmosférica.
Los espectros de Webb de la atmósfera de WASP-39b publicados anteriormente, que revelaron la presencia de dióxido de carbono, dióxido de azufre, vapor de agua y sodio, representan todo el límite día/noche, y no ha habido ningún intento detallado de distinguir un lado del otro.
Ahora, el nuevo análisis construye dos espectros de zona de anotación diferentes, dividiendo el límite día-noche en dos semicírculos, uno de la tarde y otro de la mañana. Los datos revelan que la tarde fue notablemente más calurosa, con una temperatura de 800 °C (1450 °F), y la mañana fue comparativamente más fresca, con una temperatura de 600 °C (1150 °F).
Este penetrante espectro, tomado utilizando el modo de serie temporal de objetos brillantes del instrumento Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (PRISM) del Observatorio Webb, muestra las cantidades de luz estelar en el infrarrojo cercano bloqueada por la atmósfera del exoplaneta gigante de gas caliente WASP-39 b. El espectro muestra evidencia clara de agua y dióxido de carbono, y una diferencia de temperatura entre la mañana y la tarde en el exoplaneta.
Un nuevo estudio del espectro de transmisión de luz de WASP-39 b ha demostrado que hay dos espectros diferentes de límites fijos día-noche en el exoplaneta, dividiendo esta zona final en dos semicírculos, uno de la tarde y otro de la mañana. Los datos revelan que la noche fue notablemente más calurosa, con una temperatura de 800 °C (1450 °F), y la mañana fue relativamente más fresca, con una temperatura de 600 °C (1150 °F).
Las líneas azul y amarilla representan el mejor modelo que tiene en cuenta los datos y las propiedades conocidas de WASP-39 b y su estrella (por ejemplo, tamaño, masa, temperatura) y las supuestas propiedades de la atmósfera.
Copyright: NASA, ESA, Agencia Espacial Canadiense, Ralph Crawford (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial)
Efectos de los cambios de temperatura.
«Es realmente sorprendente que podamos analizar una diferencia tan pequeña, y esto sólo es posible gracias a la sensibilidad de Webb en longitudes de onda del infrarrojo cercano y sensores ópticos altamente estables», dijo Espinosa. «Cualquier pequeño movimiento en el dispositivo o en el observatorio durante la recopilación de datos habría limitado gravemente nuestra capacidad para hacer este descubrimiento. Tendría que ser extraordinariamente preciso, y eso es exactamente lo que es Webb».
El modelado completo de los datos obtenidos también permite a los investigadores investigar la estructura de la atmósfera de WASP-39 b, su cobertura de nubes y por qué las noches son más calurosas. Si bien el trabajo futuro del equipo examinará cómo la cobertura de nubes puede afectar la temperatura, y viceversa, los astrónomos han confirmado que la rotación del gas alrededor del planeta es la razón principal detrás de las diferencias de temperatura en WASP-39 b.
Comprender los patrones de viento planetario y la dinámica de temperatura
En un exoplaneta altamente radiante como WASP-39 b que orbita relativamente cerca de su estrella, los investigadores generalmente esperan que el gas se mueva a medida que el planeta orbita su estrella: el gas más caliente debería moverse desde el lado diurno durante la tarde hacia el lado nocturno a través de una fuerte onda ecuatorial. corriente en chorro. Dado que la diferencia de temperatura es tan extrema, la diferencia de presión atmosférica también será grande, lo que a su vez provocará altas velocidades del viento.
Utilizando modelos de circulación general, modelos tridimensionales similares a los utilizados para predecir patrones climáticos en la Tierra, los investigadores encontraron que los vientos predominantes en WASP-39 b probablemente se mueven desde el lado nocturno hasta la línea de llegada de la mañana, alrededor del lado diurno, a través de la línea de meta de la tarde, y luego Sobre el lado de la noche. Como resultado, el lado de la mañana de la línea de meta es más fresco que el lado de la tarde. En otras palabras, el lado de la mañana es golpeado por vientos de aire frío en el lado de la noche, mientras que el lado de la tarde es golpeado por vientos de aire cálido en el lado del día. ¡Las investigaciones indican que la velocidad del viento en el planeta WASP-39 b puede alcanzar miles de millas por hora!
Direcciones de investigación futuras y las primeras contribuciones científicas de Webb
«Este análisis también es particularmente interesante porque se obtiene información 3D sobre el planeta que no se tenía antes», añadió Espinosa. «Dado que podemos decir que el borde nocturno es más caliente, eso significa que está un poco más abultado. Entonces, en teoría, hay un pequeño bulto en el borde terminal que se está acercando al lado nocturno del planeta».
Los resultados del equipo fueron publicados en la revista. naturaleza.
Los investigadores ahora intentarán utilizar el mismo método de análisis para estudiar las variaciones atmosféricas de otros Júpiter calientes con restricciones de mareas, como parte del Programa de Observadores Generales WEP 3969.
WASP-39 b fue uno de los primeros objetivos que Webb analizó cuando comenzó las operaciones científicas regulares en 2022. Los datos de este estudio se recopilaron en el marco del programa Early Science Release 1366, que está diseñado para ayudar a los científicos a aprender rápidamente cómo utilizar los instrumentos del telescopio y realizar su potencial científico.
Referencia: “Terminaciones heterogéneas en el exoplaneta WASP-39 b” por Néstor Espinosa y Maria E. Steinrock, James Kirk y Ryan J. McDonald y Arjun B. Saville, Kenneth Arnold y Eliza M.-R. Kempton, Matthew M. Murphy, Ludmila Carone, Maria Zamyatina, David A. Lewis, Dominic Samra, Sven Kiefer, Emily Rauscher, Duncan Christie, Nathan Mayne, Christiane Helling, Zafar Rustamkulov, Vivien Parmentier, Erin M. May, Aarynn L. Carter, Xi Zhang, Mercedes López-Morales, Natalie Allen, Jasmina Blecic, Leen Decin, Luigi Mancini, Karan Molaverdikhani, Benjamin V. Rackham, Enric Palle, Shang-Min Tsai, Eva-Maria Ahrer, Jacob L. Bean, Ian J.M. Crossfield, David Haegele, Eric Hébrard, Laura Kreidberg, Diana Powell, Aaron D. Schneider, Luis Welbanks, Peter Wheatley, Rafael Brahm y Nicolas Crouzet, 15 de julio de 2024. naturaleza.
doi: 10.1038/s41586-024-07768-4
El Telescopio Espacial James Webb (JWST) es un gran observatorio espacial lanzado el 25 de diciembre de 2021. Es un proyecto de colaboración en el que participan la NASA, la Universidad de Harvard y la Universidad de Harvard. Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA). Como sucesor científico del programa. telescopio espacial HubbleEl telescopio James Webb está diseñado para proporcionar una resolución y sensibilidad sin precedentes en el rango infrarrojo del espectro electromagnético. Esta capacidad permite a los astrónomos estudiar cada etapa de la historia cósmica, desde las primeras llamaradas en adelante. la gran explosiónDesde su ubicación en el segundo punto de Lagrange (L2), el Telescopio James Webb explorará una amplia gama de cuestiones científicas, ayudando a revelar nuevos conocimientos sobre la estructura y los orígenes del universo.
