Buscan agua en la atmósfera del exoplaneta HAT-P-26b con la masa de Neptuno

Esta concepción artística muestra un sistema planetario. Crédito: NASA / JPL-Caltech





HAT-P-26b es un exoplaneta inflado, de la masa de Neptuno situado a unos 437 años luz de la Tierra, que orbita su estrella HAT-P-26 cada 4,23 días. El planeta tiene una gravedad superficial relativamente baja que es muy adecuada para la caracterización atmosférica. Sin embargo, aún sabemos muy poco acerca de la capa de gases alrededor de este mundo extraño distante. Un equipo de astrónomos liderados por Kevin B. Stevenson de la Universidad de Chicago quiere cambiar eso, con la presentación de nuevos conocimientos en la atmósfera de este cuerpo celeste.



Para la investigación dedicada a la determinación de la composición del ambiente del exoplaneta HAT-P-26b y la búsqueda de rastros de vapor de agua en el mismo, los científicos hicieron uso de los datos facilitados por el instrumento Baja Dispersión Espectrógrafo 3C (LDSS-3C) y el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA. LDSS-3C es un generador de imágenes ópticas y (multi) espectrógrafo, el telescopio telescopio de 6.5m Magallanes II (Clay) en el Observatorio Las Campanas en Chile. 

Los resultados, basados ​​en datos de Spitzer LDSS-3C se publicaron el 24 de diciembre en el servidor de preimpresión arXiv.

Los investigadores observaron el tránsito principal de HAT-P-26b con el LDSS-3C el 16 de abril del 2015 por casi cinco horas, utilizando la técnica de múltiples objetos desarrollada para sondear las atmósferas de exoplanetas. Adquirieron 502 frames utilizando 20 segundos integraciones. Gracias a Spitzer, los científicos fueron capaces de observar dos tránsitos del planeta en abril y septiembre del 2013. Las observaciones científicas usando naves espaciales de la NASA duró aproximadamente 4,5 horas y adquirió 8,128 frames, utilizando dos segundos de tiempo de Frames. Para colocar los resultados en un contexto más amplio, HAT-P-26b se comparó con otros exoplanetas con temperaturas similares y gravedades superficiales como HAT-P-12b y HAT-P-19b.


Stevenson y sus colegas han encontrado la evidencia de agua y la falta de potasio en la atmósfera de HAT-P-26b. También encontraron que la capa de gas del planeta podría estar libre de nubes con una alta metalicidad. Sin embargo, también podría tener un ambiente de metalicidad solar, de acuerdo con la investigación.

"El objetivo del planeta HAT-P-26b con una masa Neptuniana, encontramos que hay evidencias de agua y falta de potasio en su espectro de transmisión. Llegamos a la conclusión de que HAT-P-26b es probable que tenga una alta metalicidad, un ambiente exento de nubes o una atmósfera con metalicidad solar con cubierta de nubes a unos 10 mbar. Aunque se necesitan más datos de alta precisión confirmarlo, una atmósfera de 100 veces la metalicidad solar es consistente con las expectativas basadas en Urano y de Neptuno con metalicidades similares. Alternativamente, HATP-26b tiene una temperatura de equilibrio y en la superficie una gravedad similar a la de HAT-P-12b, así que es concebible que HAT-P-26b sea más pequeña simplemente porque tiene menores nubes de altitud y, por lo tanto, una metalicidad que está más cerca de la solar, " escribieron los investigadores en el artículo.

Los científicos señalan que el hecho de que tenga nubes y/o brumas es una de las principales cuestiones pendientes de las atmósferas exoplanetarios. La temperatura y la gravedad de la superficie se cree que desempeñan un papel importante en la producción de nubes y brumas, pero se necesita mucho trabajo para comprender plenamente este mecanismo.

"Para avanzar en nuestro conocimiento, tenemos que obtener espectros de transmisión precisos de los objetivos que tengan variedad de características físicas y continuar investigando correlaciones potenciales".
Además de la caracterización de la atmósfera de HAT-P-26b, la investigación también actualizó la efemérides del tránsito del planeta y el período orbital.


Los astrónomos creen que las observaciones del Telescopio Espacial Hubble y futuros estudios de HAT-P-26b proporcionarán la precisión necesaria para hacer una detección definitiva y distinguir potencialmente entre una alta metalicidad o una atmósfera de metalicidad solar. Recomiendan realizar observaciones de seguimiento de este curioso exoplaneta utilizando uno o más instrumentos a longitudes de onda que se superpongan.

El Hubble revela la diversidad de las atmósferas en varios exoplanetas

Impresión artística de los diez exoplanetas Júpiter calientes estudiados por David Sing y sus colegas. De arriba a la izquierda hasta el inferior izquierda estos planetas son WASP-12b, WASP-6b, WASP-31b, WASP-39b, HD 189733b, HAT-P-12b, WASP-17b, WASP-19b, HAT-P-1b y HD 209458b. Crédito: ESA / Hubble y la NASA

Los astrónomos han utilizado el telescopio espacial Hubble NASA/ESA y el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA para estudiar las atmósferas de diez exoplanetas calientes, del tamaño de Júpiter en detalle, el mayor número de este tipo de planetas jamás estudiado. El equipo fue capaz de descubrir por qué algunos de estos mundos parecen tener menos agua de lo esperado, un misterio de mucho tiempo. Los resultados se publican en la revista Naturaleza.

Hasta la fecha, los astrónomos han descubierto cerca de 2.000 planetas orbitando otras estrellas. Algunos de estos planetas son conocidos como Júpiteres calientes, que son gaseosos calientes con características similares a las de Júpiter. Orbitan muy cerca de sus estrellas, por lo que su superficie está caliente, y son planetas difíciles de estudiar en detalle sin ser eclipsados por la luz estelar brillante.

Debido a esta dificultad, Hubble sólo ha explorado un puñado de Júpiteres calientes en el pasado, a través de una gama de longitud de onda limitada. En estos estudios iniciales han encontrado que varios planetas tienen menos agua de lo esperado.

Ahora, un equipo internacional de astrónomos ha abordado el problema al hacer el estudio más amplio de los Júpiteres calientes; la exploración y la comparación de diez de estos planetas es un intento por entender sus atmósferas. Sólo tres de estas atmósferas planetarias habían sido estudiadas previamente en detalle; esta nueva muestra es el mayor catálogo espectroscópico de las atmósferas de exoplanetas.

El equipo utilizó múltiples observaciones tanto del telescopio espacial Hubble NASA/ESA como del telescopio Espacial Spitzer de la NASA. Usando el poder de ambos telescopios permitieron al equipo estudiar los planetas, que son de diferentes masas, tamaños y temperaturas, a través de una gama sin precedentes de longitudes de onda". Estoy muy emocionado de finalmente" ver "este amplio grupo de planetas juntos, ya que es la primera vez que hemos tenido la suficiente cobertura en longitudes de onda para poder comparar varias características de un planeta a otro", dice David Sing del Universidad de Exeter, Reino Unido, autor principal del nuevo estudio. "Nos pareció que las atmósferas planetarias son mucho más diversas de lo que esperábamos."

Esta imagen muestra una impresión artística de los diez exoplanetas Júpiteres calientes estudiados por David Sing y sus colegas. Las imágenes están a escala entre sí. HAT-P-12b, el más pequeño de ellos, es aproximadamente del tamaño de Júpiter, mientras que WASP-17b, el planeta más grande de la muestra, es casi el doble del tamaño. Los planetas también se representan con una variedad de diferentes propiedades en las nubes. Crédito: ESA / Hubble y la NASA




Todos los planetas tienen una órbita favorable para verlos cuando pasan por su Sol y la Tierra. A medida que el exoplaneta pasa por delante de su estrella, como se ve desde la Tierra, parte de esta luz de la estrella viaja a través de la atmósfera exterior del planeta. "La atmósfera deja su huella digital única en la luz de las estrellas, que podemos estudiar en cuanto la luz llega a nosotros", explica el coautor Hannah Wakeford, desde el Centro de Vuelo Espacial Goddar, EE.UU.


Estas huellas lumínicas permitieron al equipo extraer las firmas de diversos elementos y moléculas, incluyendo agua y se pudo distinguir entre los exoplanetas nublados y sin nubes, una propiedad que podría explicar el misterio del agua faltante.

Los modelos del equipo revelaron que, si bien los exoplanetas parecen estar libres de nubes, mostraron fuertes signos de agua. Las atmósferas de los Júpiteres calientes que tienen señales débiles de agua también contenían las nubes y neblina, los cuales son conocidos por ocultar el agua.

"La alternativa a esto es que los planetas se forman en un ambiente carente de agua, pero esto nos obligó a repasar por completo nuestras teorías actuales de cómo nacen los planetas", explicó el coautor Jonathan Fortney, de la Universidad de California, Santa Cruz, EE.UU. "Nuestros resultados han descartado el escenario seco, y sugieren que simplemente las nubes están ocultando el agua de nuestras observaciones."

El estudio de las atmósferas exoplanetarias se encuentra actualmente en su infancia, con sólo unas pocas observaciones hechas hasta ahora. El sucesor del Hubble, el Telescopio Espacial James Webb de infrarrojos abrirá un nuevo capítulo en el estudio de los exoplanetas y sus atmósferas.