Utilizando el telescopio espacial James Webb de la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA), los astrónomos tomaron imágenes de un exoplaneta a 12 años luz de la Tierra. Sólo se han fotografiado directamente unos 25 exoplanetas, pero este es el exoplaneta más frío y antiguo observado directamente.
Aunque los científicos esperaban encontrar un planeta alrededor de la estrella, llamado Epsilon Indi A, basándose en estudios anteriores, la observación de Webb sorprendió a los astrónomos. El exoplaneta no sólo tenía propiedades diferentes a las esperadas, sino que también se encontró en una ubicación diferente a la que predijeron los modelos anteriores.
«Aunque esperábamos obtener imágenes de un planeta en este sistema porque había indicios de velocidad radial de su presencia, el planeta que encontramos no es lo que habíamos predicho», dijo la autora principal Elisabeth Matthews del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania. . “Tiene aproximadamente el doble de masa, está un poco más lejos de su estrella y tiene una órbita diferente a la que esperábamos. La causa de esta discrepancia sigue siendo una cuestión abierta”.
El planeta tiene varias veces la masa de Júpiter y se encuentra en una órbita elíptica alrededor de una estrella de edad similar al Sol. Al analizar la atmósfera del planeta, los astrónomos descubrieron que es más débil de lo esperado en longitudes de onda más cortas. Esto podría significar que la atmósfera está muy turbia, pero también podría indicar la presencia de moléculas basadas en carbono como metano, monóxido de carbono y dióxido de carbono.
Dos observaciones de Epsilon Indi Ab realizadas por el instrumento de infrarrojo medio Webb en diferentes frecuencias. El fondo se obtuvo del estudio del cielo AllWISE. (Crédito: T. Müller (MPIA/HdA), E. Matthews (MPIA))
El equipo estima que la temperatura del planeta es de dos grados Celsius. Eso es aproximadamente 100 grados Celsius más caliente que los gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar, pero sustancialmente más frío que cualquier otro exoplaneta observado directamente. Esta temperatura hace que los exoplanetas más viejos sean más difíciles de observar que los más jóvenes, ya que los exoplanetas más jóvenes emiten mucha energía desde su formación.
«Los planetas fríos son muy débiles y la mayor parte de sus emisiones se producen en el infrarrojo medio», dijo Matthews. “Webb es ideal para realizar imágenes de infrarrojo medio, lo cual es extremadamente difícil de lograr desde el suelo. También necesitábamos una buena resolución espacial para separar el planeta y la estrella en nuestras imágenes, y el gran espejo Webb es extremadamente útil en este sentido”.
La estrella del planeta, Epsilon Indi A, es la estrella principal de un sistema de tres estrellas. Es una estrella enana roja de tipo K, que es más pequeña y más fría que el Sol. Las otras dos estrellas son un par de enanas marrones más pequeñas que orbitan alrededor de Epsilon Indi A a gran distancia.
“Los astrónomos llevan décadas imaginando planetas en este sistema; Los planetas ficticios que orbitan alrededor de Epsilon Indi han sido ubicaciones de episodios, novelas y videojuegos de Star Trek como Halo”, dijo la autora Caroline Morley de la Universidad de Texas en Austin. «Es emocionante ver un planeta allí y empezar a medir sus propiedades».
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Webb tomó una imagen directa de Epsilon Indi Ab: el exoplaneta más frío y parecido a Júpiter jamás fotografiado hasta ahora. Para hacer el descubrimiento, Webb bloqueó la luz de las estrellas (mostrada por el símbolo de la estrella) con una máscara llamada coronógrafo: https://t.co/C8HE4Zsz13 foto.twitter.com/oL8rye3pzH
– Telescopio Webb de la NASA (@NASAWebb) 24 de julio de 2024
Estudios anteriores han buscado planetas alrededor de la estrella utilizando las llamadas mediciones de velocidad radial. Este método puede detectar exoplanetas indirectamente midiendo una ligera oscilación causada por la atracción gravitacional del planeta.
«Nuestras observaciones anteriores de este sistema fueron mediciones más indirectas de la estrella, lo que en realidad nos permitió ver de antemano que probablemente había un planeta gigante en este sistema tirando de la estrella», dijo Morley. «Es por eso que nuestro equipo eligió este sistema para analizarlo primero con Webb».
Aunque estudios anteriores habían identificado correctamente la presencia de un planeta alrededor de Epsilon Indi A, la imagen obtenida por Webb era muy diferente de lo que esperaban los astrónomos. Por lo tanto, el científico primero tuvo que confirmar que el punto brillante de la imagen era efectivamente el planeta que estaban buscando.
Lo más importante es que tuvieron que descartar la posibilidad de que en el fondo cuando se tomó la imagen hubiera un objeto fuera del sistema estelar y que ahora se confundiera con un planeta. Para hacer esto, el equipo analizó observaciones anteriores de Epsilon Indi A y descubrió que era poco probable que algún objeto del fondo hubiera escapado a la detección en todas las observaciones archivadas. Pero eso no descartó la posibilidad de que se tratara de un estallido de luz temporal.
Epsilon Indi A observado por el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en 2019. (Crédito: Matthews et al.)
La evidencia más sólida provino del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral, que observó Epsilon Indi A en 2019, casi cuatro años antes que Webb. Debido a la gran distancia entre el exoplaneta y su estrella, sus posiciones relativas habrían cambiado poco en los años entre observaciones, mientras que el sistema estelar se habría movido sustancialmente en comparación con cualquier objeto del fondo.
Cuando los astrónomos volvieron a analizar estas observaciones, encontraron un punto débil donde debería haber estado el planeta en ese momento y concluyeron que debía haber sido el mismo objeto. Esto confirmó que la fuente de luz observada por Webb era de hecho un planeta que orbitaba Epsilon Indi A.
Aunque el estudio muestra que los modelos anteriores eran incorrectos, no está claro qué causó el error. El equipo sugiere que esta discrepancia debería explorarse en estudios futuros. Además, futuras observaciones podrían estudiar la atmósfera y la composición del planeta con más detalle y ayudar a los astrónomos a comprender mejor gigantes gaseosos fríos similares.
«A más largo plazo, también esperamos observar otros sistemas planetarios cercanos para buscar gigantes gaseosos fríos que puedan haber escapado a la detección», dijo Matthews. «Esta investigación serviría como base para una mejor comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas gaseosos».
Los resultados de Matthews et al. fueron publicados en la revista Nature el 24 de julio.
(Imagen superior: Imagen del exoplaneta Epsilon Indi Ab tomada con el instrumento de infrarrojo medio Webb. La luz de la estrella fue bloqueada por el coronógrafo del instrumento, lo que resultó en un círculo oscuro. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, E. Matthews ( MPIA))
