Detectan oxígeno por primera vez en la atmósfera de un exoplaneta muy caliente

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22 de diciembre de 2021

Reanalizando observaciones CARMENES del exoplaneta Kelt-9b, tomadas en Calar Alto, un equipo internacional con participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha revelado la presencia de oxígeno en la atmósfera de este exoplaneta, el más caliente conocido. Es la primera vez que se detectan átomos de oxígeno en un planeta fuera del Sistema Solar.

Desde el descubrimiento, en 1995, del primer planeta fuera de nuestro Sistema Solar, se han detectado más de cuatro mil planetas extrasolares. A lo largo de estas décadas, equipos científicos de todo el mundo han intentado caracterizar sus atmósferas y explicar por qué estos nuevos mundos son tan distintos a los planetas del Sistema Solar. Ahora, un equipo internacional, con participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), publica en la revista Nature Astronomy el hallazgo de átomos de oxígeno en el exoplaneta llamado Kelt-9b. Se trata de la primera detección de este compuesto, que los seres humanos tanto asociamos a la vida, en una atmósfera exoplanetaria.

Pero con una temperatura diurna de unos 4300 grados, el exoplaneta Kelt-9b no puede albergar vida. Es el exoplaneta más caliente conocido hasta la fecha, más caliente incluso que algunas estrellas. Se trata de un planeta gigante gaseoso similar a Júpiter, con la diferencia de que la temperatura en su atmósfera es tan alta como para fundir el hierro.

Esas temperaturas extremas se deben a que Kelt-9b gira muy cerca de su estrella anfitriona -- ella misma dos veces más caliente que el Sol, con una temperatura de 10.000 grados. Tanto que Kelt-9b completa una órbita en apenas unas 36 horas. Desde su hallazgo, en 2017, se busca comprender la naturaleza de un objeto tan caliente y peculiar, así como la razón de que no se desintegre estando tan cerca de su estrella.

Para estudiar las atmósferas de estos planetas se emplea el método de los tránsitos, pequeños eclipses producidos cuando el planeta pasa por delante de su estrella. Durante el tránsito, la luz de la estrella anfitriona atravesará la atmósfera del planeta, lo que permite estudiar, con instrumentos de alta precisión como el espectrógrafo CARMENES en el telescopio de 3.5 metros de Calar Alto, las características físicas y la composición de esa atmósfera.

"Nuestro equipo detectó las huellas del oxígeno atómico en el espectro del planeta. Dado que Kelt-9b es un planeta gigante gaseoso muy caliente, esta detección no es un indicio de la presencia de vida, pero es la primera detección definitiva de átomos de oxígeno en la atmósfera de un exoplaneta", afirma Francesco Borsa, investigador del Osservatorio Astronomico di Brera (INAF), que dirige el estudio.

La detección fue posible gracias a un modelo informático desarrollado por el equipo científico, el más avanzado para el estudio de las atmósferas de exoplanetas calientes desarrollado hasta la fecha. El modelo no solo coincidía con las observaciones anteriores de otros compuestos en la atmósfera de Kelt-9b, sino que también predecía que los datos deberían mostrar la presencia de átomos de oxígeno.

Así, el equipo volvió a analizar observaciones anteriores del planeta, obtenidas en 2017 con CARMENES, que ya habían revelado una extensa atmósfera de hidrógeno, evaporándose con una tasa de cien mil toneladas por segundo mientras Kelt-9b orbite tan cerca de su estrella. Los resultados de Borsa y colaboradores confirman la predicción de su modelo: las señales de oxígeno estuvieron ahí todo el tiempo, pero no habían sido detectadas por los análisis anteriores.

Kelt-9b gira muy cerca de su estrella anfitriona

"La concordancia entre el modelo y las observaciones es un hito en nuestra exploración de los planetas fuera del Sistema Solar. Demuestra que ahora podemos crear modelos realistas de exoplanetas y mejorar significativamente nuestra capacidad para comprender las atmósferas de los más calientes. Aunque todavía no es posible realizar observaciones similares de las atmósferas de planetas más pequeños y fríos, algún día lo será. Consideramos este trabajo como un ensayo general para los futuros trabajos de búsqueda de oxígeno en las atmósferas de diferentes planetas de la galaxia, incluidos los mundos más pequeños, posiblemente habitables”, añade Denis Shulyak, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en el descubrimiento.

“Este hallazgo demuestra una vez más las capacidades únicas del espectrógrafo CARMENES en el telescopio de 3.5 metros, no solo para la detección de planetas de tipo terrestre, pero también para el estudio de las atmósferas de otros exoplanetas, incluyendo la búsqueda de posibles biofirmas como el oxígeno” concluye Jesús Aceituno, director del observatorio de Calar Alto.

El Observatorio Astronómico Hispano-Alemán de Calar Alto está situado en la Sierra de Los Filabres, norte de Almería (Andalucía, España). Es operado conjuntamente por la Junta de Andalucía, y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIS) a través del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) en Granada, España. El observatorio es una Infraestructura Científico Técnica Singular (ICTS/MINECO) que cuenta con cuatro telescopios de 3.5, 2.2, 1.23 y 0,8 metros de apertura.

 

REFERENCIA

F. Borsa et al. "High-resolution detection of neutral oxygen in the atmosphere of an ultra-hot exoplanet". Nature Astronomy, 22 de diciembre del 2021.DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-021-01544-4

CONTACTO

Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC, Granada)

Denis Shulyak denis.shulyak @ gmail.com

Observatorio Calar Alto (CAHA, Almeria)

Jesús Aceituno director @ caha.es (+34) 960 632 501


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