JWST tomó imágenes directas de su primer exoplaneta, un súper Júpiter templado a sólo 12 años luz de la Tierra. Puede que sea el planeta más antiguo y frío jamás detectado.
El planeta orbita la estrella Epsilon Indi A (Eps Ind A), una estrella tipo K Aproximadamente de la misma edad que nuestro Sol, Epsilon Indi es un sistema estelar triple y los otros dos miembros son enanas marrones. El exoplaneta se llama Epsilon Indi Ab (Eps Ind Ab.)
La detección de Eps Ind Ab se presenta en un artículo publicado en Nature. Su título es “Un superJúpiter templado fotografiado con JWST en el infrarrojo medio.La autora principal es Elisabeth Matthews, becaria postdoctoral en el Departamento de Formación de Planetas y Estrellas del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.
Esta nueva detección es importante por varias razones. La gran mayoría de los más de 5.000 exoplanetas que hemos descubierto han sido detectados por método de tránsito. Otros fueron detectados con el método de velocidad radial. Comparativamente pocos han sido fotografiados directamente como Eps Ind Ab.
Ya había evidencia de que un planeta masivo orbitaba Eps Ind A. Trabajos anteriores que utilizaron el método de la velocidad radial encontraron la reveladora oscilación inducida en la estrella por un planeta masivo que la orbita. Ahora, JWST ha confirmado la presencia 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 Caroline Morley, miembro del equipo de la Universidad de Texas en Austin. «Es por eso que nuestro equipo eligió este sistema para analizarlo primero con Webb».
Es difícil adquirir imágenes directas de exoplanetas. La luz cegadora de la estrella bloquea la luz relativamente débil proveniente del planeta. Los telescopios como el JWST utilizan coronógrafos para eliminar la luz de las estrellas y permitir el paso de la luz planetaria. En este caso, el telescopio espacial fotografió el exoplaneta utilizando su Imágenes coronagráficas mediante instrumento de infrarrojo medio (MIRI) capacidad.
Las imágenes directas de Eps Ind Ab obtenidas por JWST revelaron algunas sorpresas en comparación con mediciones anteriores de velocidad radial.
«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», compartió Matthews. “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”.
Eps Ind Ab es aproximadamente 6 veces más masivo que Júpiter y su semieje mayor mide aproximadamente 28 AU. Está inclinado unos 103 grados.
«La atmósfera del planeta también parece ser ligeramente diferente de las predicciones del modelo», añadió Matthews. «Hasta ahora sólo tenemos unas pocas mediciones fotométricas de la atmósfera, lo que significa que es difícil sacar conclusiones, pero el planeta es más débil de lo esperado en longitudes de onda más cortas».
Eps Ind Ab es más similar a Júpiter que cualquier otro exoplaneta jamás fotografiado, aunque es un poco más caliente y varias veces más masivo. Otros exoplanetas fotografiados tienden a ser más calientes y todavía irradian el calor de su formación. Su calor los hace más fáciles de ver en infrarrojos. A medida que planetas como éste envejecen, tienden a contraerse y enfriarse. A medida que se enfrían, puede resultar más difícil fotografiarlos directamente.
A medida que los planetas envejecen y se enfrían, la longitud de onda de sus emisiones cambia, haciéndolos más difíciles de ver. La mayoría de los demás planetas fotografiados directamente son mucho más jóvenes que Eps Ind Ab: todos tienen menos de 500 millones de años. Pero JWST es especialmente adecuado para detectar exoplanetas más antiguos.
«Los planetas fríos son muy débiles y la mayor parte de sus emisiones se producen en el infrarrojo medio», explicó 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”.
Muchos de los exoplanetas del tamaño de Júpiter que hemos descubierto son Júpiter calientes. Estos gigantes gaseosos se encuentran fácilmente mediante el método de tránsito porque orbitan muy cerca de sus estrellas, lo que los calienta. También suelen estar bloqueados por las mareas, lo que significa que sus lados diurnos pueden alcanzar temperaturas extremas. Un Júpiter caliente, KELT-9b, tiene una temperatura diurna superior a 7.800 grados Fahrenheit (4.600 Kelvin), que es más caliente que la mayoría de las estrellas.
Pero Eps Ind Ab es diferente. Con una temperatura de aproximadamente 35 grados Fahrenheit (2 grados Celsius), es uno de los exoplanetas más fríos detectados directamente. Es el exoplaneta más frío jamás fotografiado directamente y es sólo 180 grados Fahrenheit (100 grados Celsius) más caliente que los gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar. Es muy similar a los planetas de nuestro sistema y brinda a los astrónomos la oportunidad de estudiar las atmósferas de los análogos del Sistema Solar.
La atmósfera del planeta no está exactamente a la altura de nuestras expectativas. “La atmósfera del planeta también parece ser ligeramente diferente de las predicciones de los modelos. Hasta ahora sólo tenemos unas pocas mediciones fotométricas de la atmósfera, lo que significa que es difícil sacar conclusiones, pero el planeta es más débil de lo esperado en longitudes de onda más cortas”, dijo Matthews.
Podría ser más débil en estas longitudes de onda NIR porque la atmósfera está nublada. O podría ser porque contiene compuestos como CH4 (metano), CO y COdos que absorben longitudes de onda más cortas de luz infrarroja.
La debilidad de Eps Ind Ab en estas longitudes de onda sugiere una alta proporción de carbono a oxígeno. Una relación C/O alta es un indicador significativo de cómo se formó y evolucionó el planeta. Sugiere que el disco en el que se formó el planeta era rico en carbono. Es una pista sobre dónde se formó exactamente el planeta y si migró.
El alto contenido de carbono también permite que haya más moléculas que contengan carbono, como CH4COdos y CO para formar. Como COdos y el metano son gases de efecto invernadero, la elevada relación C/O afecta al clima del planeta.
Las altas relaciones C/O también afectan la formación de nubes, lo que puede aumentar el albedo de un planeta. Un albedo más alto refleja más luz solar lejos del planeta, lo que también afecta al clima.
Eps Ind Ab presenta una alta metalicidad. Una alta metalicidad indica una mayor masa y sugiere un proceso de formación más eficiente, ya que el planeta podría haber atraído más masa y más rápidamente. También podría afectar la forma en que el planeta pudo haber migrado a través del disco.
Los investigadores se preguntan si otros exoplanetas fríos tienen las mismas características. Pero primero necesitan restringir mejor estas características en Eps Ind Ab. Esta detección e imágenes iniciales son solo el comienzo. La espectroscopia futura y más imágenes revelarán más detalles sobre el planeta.
El hecho de que Eps Ind Ab esté en un grupo con dos enanas marrones también es una oportunidad para realizar observaciones más interesantes. «El sistema también se mueve con una binaria de enanas marrones muy separada, lo que lo convierte en un laboratorio particularmente valioso para estudios comparativos de objetos subestelares con una edad y ubicación de formación compartidas», escriben los autores en su artículo. La línea de demarcación entre gigantes gaseosos masivos y enanas marrones no siempre es clara, y los astrónomos están ansiosos por aprender más sobre cómo se forma cada tipo, especialmente en el mismo sistema que el otro.
Esta investigación también ilustra la eficacia de utilizar resultados anteriores de otros telescopios para elegir objetivos para el JWST. «Aunque el planeta detectado no coincide con las propiedades de exoplaneta previamente declaradas, la información de realidad virtual a largo plazo proporcionó una señal clara del valor de la imagen de este objetivo», explican los autores.
Afortunadamente, el exoplaneta es un excelente candidato para futuras observaciones.
Concluyen que «el flujo brillante y la amplia separación de Eps Ind Ab significan que el planeta es ideal para los esfuerzos de caracterización espectroscópica, lo que permite limitar con mayor precisión la metalicidad y la relación carbono-oxígeno».
