El exoplaneta LHS 3844b no tiene atmósfera. ¿Cómo lo sabemos?

Uno de los campos más fascinantes del estudio de los planetas extrasolares es el análisis de las atmósferas de mundos situados a decenas de años luz de distancia de la Tierra, algo que parecía ciencia ficción hace solo un par de décadas. Esto se puede hacer de varias maneras. La más difícil pasa por obtener una imagen directa del exoplaneta en cuestión y obtener un espectro de la luz que emite para saber la composición de la atmósfera, si es que la tiene. Otra posibilidad, la más ‘fácil’, es esperar a que el planeta pase por delante de su estrella para obtener un espectro de transmisión. Pero hay una tercera: el análisis de la curva de temperaturas de un planeta. ¿Y eso qué es? Veamos.

Representación artística de LHS 3844b. Seguramente no se parece a esto, pero bueno, la imagen mola (NASA//JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)).

Con el método del tránsito podemos saber el tamaño y la órbita de un exoplaneta, aunque no su masa (al menos, no de forma directa). Pero si observamos en el infrarrojo también vamos a captar el calor procedente del planeta (lógico, por otro lado). El resultado es que, en el infrarrojo, la curva de luz del sistema presenta dos mínimos: el tránsito —cuando el planeta pasa delante de la estrella— y el eclipse —cuando el planeta pasa por detrás de la estrella. Esto nos permite separar la luz infrarroja procedente de la estrella de la del planeta y determinar la temperatura media superficial de este último. Pero hay más. Como cada parte de la curva de luz corresponde con una orientación concreta del planeta con respecto a nuestra línea de visión, podemos intentar ver la distribución de las temperaturas superficiales del planeta. O sea, es posible dibujar un rudimentario mapa del exoplaneta.

Observación de LHS 3844b por parte del telescopio Spitzer (NASA/JPL-Caltech).

Esta técnica tiene un inconveniente importante, y es que necesitamos un telescopio espacial, ya que la luz infrarroja es absorbida por nuestra atmósfera. Desgraciadamente, y a la espera del James Webb, el único telescopio espacial infrarrojo en servicio es el Spitzer de la NASA, que hace mucho tiempo que finalizó su misión principal. En cualquier caso, esta técnica solo sirve para planetas muy cercanos a sus estrellas que, por lo tanto, están muy calientes y con casi toda seguridad sufren acoplamiento de marea (esto es, muestran siempre el mismo hemisferio a su estrella). El primer exoplaneta que se pudo estudiar por este método fue 55 Cancri e, un mundo con un tamaño que es el doble del de la Tierra y una temperatura máxima de unos 2500 ºC. Gracias al telescopio Spitzer se realizó un crudo mapa infrarrojo de 55 Cancri e y se comprobó que los resultados eran compatibles con la presencia de una atmósfera, aunque no de forma concluyente. ¿Y cómo sabemos que hay una atmósfera? Porque, por un lado, el hemisferio nocturno del planeta tiene una temperatura bastante por encima del cero absoluto y, por otro, el punto más caliente del hemisferio diurno no coincide exactamente con el punto de la superficie situado bajo la misma —el llamado punto subsolar—, sino que se haya desplazado ligeramente. Estos datos pueden explicarse por la existencia de una atmósfera que amortigüe las enormes diferencias de temperatura que deberían darse en un mundo rocoso sin atmósfera.

Curva de luz del eclipse LHS 3844b vista por Spitzer y el ‘mapa’ correspondiente (Laura Kreidberg et al.).

Ahora, además de 55 Cancri e, tenemos la curva de calor de otro exoplaneta, LHS 3844b, un mundo rocoso un 30% más grande que la Tierra y con un año de apenas 11 horas (sí, año). LHS 3844b, situado a unos 49 años luz del sistema solar, destaca también por haber sido descubierto por el satélite TESS en 2018. Tras el análisis de los datos, el equipo de investigadores liderado por Laura Kreidberg ha concluido que LHS 3844b no tiene atmósfera y es una roca pelada (siendo precisos, lo que han demostrado es que no tiene una atmósfera de más de 10 bares de presión, pero es posible, aunque muy poco probable, que tenga una atmósfera de entre 1 y 10 bares de presión). Han llegado a esta conclusión tras comprobar que el lado nocturno está a casi el cero absoluto y el diurno tiene una temperatura de unos 770 ºC. ¿Cómo? ¿Tanto trabajo para nada? Bueno, en ciencia un resultado negativo es tan importante como uno positivo, aunque no sea tan atrayente. Pero además el caso de LHS 3844b es muy interesante porque orbita una estrella enana roja, las más comunes en la Galaxia (55 Cancri e está alrededor de una estrella de tipo solar). Y actualmente existe mucha controversia sobre si los mundos alrededor de las estrellas de tipo M —como Proxima b o el sistema TRAPPIST-1— pueden mantener sus atmósferas a pesar de sus fuertes vientos estelares y gigantescas fulguraciones de alta energía.

Posible composición de LHS 3844b en función de su albedo: una roca pelada volcánica (Laura Kreidberg et al.).

Es verdad que LHS 3844b es un mundo caliente situado muy en el interior de la zona habitable de su estrella, pero también lo es 55 Cancri e, y sin embargo parece que tiene una atmósfera. Nadie espera que este tipo de planetas sean habitables, con o sin atmósfera, pero sin duda es un duro varapalo para los modelos optimistas de habitabilidad de planetas alrededor de enanas rojas. Por otro lado, los investigadores han estimado el albedo de LHS 3844b y han concluido que debe ser muy oscuro, probablemente porque está cubierto de lavas basálticas como la Luna o Mercurio. Una roca pelada y volcánica. En fin, esperemos que el siguiente estudio de la presencia de atmósferas alrededor de planetas rocosos sea más optimista.

Presión atmosférica tras cinco mil millones de años en función de la atmósfera inicial y el flujo de energía de la enana roja: malas noticias (Laura Kreidberg et al.).

Referencias:

  • https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=7479
  • https://arxiv.org/pdf/1908.06834.pdf
  • http://www.spitzer.caltech.edu/images/6660-ssc2019-14b-Detecting-the-Infrared-Glow-of-a-Dark-World


55 Comentarios

  1. Increíble descubrimiento se me sale la baba de pensar lo que podría hacer el telescopio jame weep cuando sea lanzado (si es lanzado claro 😒)

  2. Una pregunta, marte a pesar de ser considerado un planeta rocoso al igual que la tierra , debajo de esa capa de oxido de hierro que hay en su superficie no hay tierra donde se pueda sembrar y cultivar cualquier cosa no?

    1. El óxido de hierro está en la tierra marciana (y también en la terrestre, las tierras rojizas de nuestro planeta lo son por su contenido en oxido de hierro) no se como te imaginas la superficie de marte (parece que crees que todo es una gruesa costra de herrumbre de metal de hierro o algo así) pero si te fijas, en marte la mayoría del terreno no es rojizo, bajo una fina capa de polvo rojizo el terreno es mucho mas claro, se puede ver hasta en las huellas que van dejando los rovers o en los agujeros del taladro, el regolito marciano tampoco es tan abrasivo como el de la luna, y claro que la tierra marciana es cultivable, retirando los percloratos, de hecho para cultivar en marte no necesitas tener una atmósfera como la de la tierra, las plantas pueden sobrevivir a baja presión en atmósferas de CO2, lo que necesitas es una temperatura más cálida y protección para los rayos ultravioleta, y como dice el compañero, aportar nitrógeno como abono, ninguna de esas cosas es complicada, un simple invernadero plástico sin presurizar serviría para aumentar la temperatura, la propia capa de plástico podría incluir una de protección contra los rayos uva y el nitrógeno podría desde importarse directamente de la Tierra (o de Titan, si hicieran falta cantidades gigantescas) o hasta utilizar el de las deposiciones de los astronautas, se podría bombear CO2 dentro del invernadero para aumentar la concentración de CO2 y mejorar el rendimiento y crecimiento de las plantas, también se podrían cultivar primero variedades aptas para suelos pobres en nitrógeno las cuales irían enriqueciendo el suelo del invernadero gracias a su simbiosis con ciertas bacterias, podrían usarse también bacterias de vida libre fijadoras de nitrógeno, este tipo de forma de cultivar en marte tiene a favor que es más basueloque los invernaderos presurizados con atmósfera terrestre pero la pega es que los agricultores necesitan un traje de presión para trabajar a diario, lo mas probable es que los primeros cultivos sean pequeños modulos presurizados de hidropónicos que no usan nada de suelo.

      También se podrían cultivar árboles modificados en el exterior de las instalaciones por motivos esteticos, aunque seria un derroche el gasto en mantenerlos a la temperatura necesaria al aire libre que quizás los colonos no se puedan o no se quieran permitir, una variedad de pino mexicano se ha estudiado como posible especie pionera en una supuesta terraformación del planeta, así que no es descabellado lo que te digo 😉

      1. Bien explicado, no te voy a rebatir… pero discrepamos bastante en lo fácil que pueda ser mantener la temperatura de las plantas en niveles aceptables para su crecimiento con un invernadero de plástico y en lo que pueda costar limpiar los percloratos. Pero bueno, como posible, es.

        1. Bueno, si tienes razón que para mantener la temperatura con el invernadero solamente no es suficiente, soy consciente de eso, de día tal vez se podría ahorrar energía calentando más el invernadero con espejos desde el exterior pero esta claro que hace falta incluir un sistema para calentar el aire y el suelo del invernadero, sobre todo en las noches marcianas que son muy frías.

          Lo de los percloratos si que lo veo fácil (teniendo agua en cantidad) no hay más que lavar la tierra con agua para disolverlos, luego filtras los percloratos del agua (o los separas por evaporación) y vuelves a usarla para repetir el proceso. Los percloratos debemos verlos más como un recurso a aprovechar que como un inconveniente, se puede obtener oxígeno de ellos y se pueden usar como oxidante en los combustibles y se pueden descomponer en cloro nitrógeno y agua, solo por calentamiento (mira que nos hacía falta nitrógeno para el huerto!😉)

  3. Spitzer se lanzó en 2003, antes incluso que el Kepler…
    Siempre digo lo mismo, si a los que diseñaron y construyeron este telescopio les dijeran que en 2019 iba a decirnos si un planeta tiene o no atmósfera y que nos diría la temperatura de los lados frío y caliente, se caerían de espaldas!

  4. Este planeta es un USP, por Ultra Short Period.
    Es un tipo de planetas muy extremistas, no podemos extrapolar a planetas en la zona habitable, aunque ya sabemos que estas estrellas pequeñajas tienen muy mal genio.

  5. Por otro lado, aunque el resultado parece bastante claro, siempre tendría un puntillo de prudencia… esperar a que se confirme este mismo resultado por otros instrumentos o en otras bandas del infrarrojo. Por ejemplo, hacer esta misma observación pero usando la banda de 3.6 micras del Spitzer mismo (SALVEMOS SPITZER).

    En otras ocasiones, resultados atmosféricos han sido puestos en duda o matizados posteriormente, aunque ya digo me parece que no hay mucho que rascar en esa fantástica curva de luz.

    Por si no quedó muy claro, la curva empieza y termina en el tránsito del planeta (se ha ignorado dibujarlo, en esa gráfica) y va creciendo y decreciendo hasta la ocultación, mostrando las fases del planeta, como si fuera la Luna. Es una pasada.

    1. Esta serie de observaciones (unas 100 horas continuadas del telescopio) se hicieron en la banda de 4.5 micras. Spitzer tiene otra banda operativa, la de 3.6 micras y podría usarse para intentar esto mismo.

  6. Seguimos esperando (sentados) al James Webb, aunque parece que ahora si que va…. Sus observaciones ampliarán mucho la ‘caza’ de exoplanetas y supongo que también de sus exolunas, algunas del tamaño de la Tierra, entre las que podría haber hallazgos importantes, opino.

    Paciencia…

    1. El problema que veo es que el James Webb va a estar muchísimo más solicitado que el Spitzer, para la observación de exoplanetas; no va a poder tener tanta dedicación, me temo.
      Sigo sin entender cuál es la motivación real por el que matan el Spitzer, ahora que tenemos muy interesantes planetas desde el TESS. Por dios, incluso un año más de estudios de planetas sería valiosísimo… no entiendo nada.

  7. Por otro lado, que fantástica casualidad suponen los planetas que transitan. Los propios astrónomos tardaron un poco en darse cuenta de lo importantes que eran.
    Al principio tuvimos que conformarnos con el bamboleo doppler de las estrellas, causado por los tirones gravitatorios que ejercen sobre sus estrellas. Eso está muy bien pero apenas nos da la información sobre la masa mínima del exoplaneta, que incluso no conocemos porque está en función de la inclinación orbital del planeta (el famoso seno de i).
    Incluso en los roadmaps de la NASA de principios de este siglo los tránsitos apenas contaban como simple herramienta estadística (Kepler). El plan era otro: primero telescopios capaces de hacer astrometría para detectar otras tierras de forma indirecta (también por su bamboleo) y luego la imagen directa, bien por nulling interferométrico o por coronografía (los famosos y olvidados proyectos Terrestrial Planet Finder de la NASA o Darwin de la ESA).
    Pero un buen día descubrieron que uno de los recientes jupíteres calientes descubiertos por velocidad radial transitaban, algo que podía detectarse incluso por astrónomos amateur con equipo no profesional (eso sí, con mucha experiencia)
    Y ¡ay, amigo! eso cambió todo.
    Los tránsitos nos permiten conocer el tamaño del planeta; nos permiten conocer la inclinación orbital, con lo que resolvemos la incógnita de la masa (el seno de i). Y con la masa y el tamaño, la densidad global.
    Podemos conocer el periodo orbital del planeta con una precisión bestial; también si se retrasa o adelanta por efecto de otros planetas.
    Si observamos el tránsito en distintas longitudes de onda y tiene atmósfera podemos determinar si hay algunos compuestos comunes, como agua, CO2, incluso iones y otros elementos. Nos permite determinar si hay nubes altas por dispersión de Rayleigh y otros efectos similares.
    Permite detectar exoplanetas con telescopios de diámetros modestos, casi low-cost, como fueron los SuperWASP, HAT, Tres, etc, aunque limitados a planetas de gran tamaño y cercanos a sus estrellas. Luego otros como MEarth nos permitieron detectar planetas más interesantes en torno a enanas rojas.
    Y cuando salimos al espacio, incluso planetas de tipo terrestre en la zona habitable.
    Y si el planeta presenta eclipse secundario, que suele ser bastante habitual, como en este caso, además podemos conocer:
    – temperatura del lado diurno
    – excentricidad orbital, en función de cuándo se produzca exactamente el centro de la ocultación.
    – albedo del planeta (si observamos la ocultación en el visible)
    – espectro de emisión (esto es realmente muy difícil)
    Y seguro que me dejo más cosas, que ahora no me vienen.

    Realmente, un planeta que transita es una joya espacial. Un privilegio fruto del azar desde nuestro punto de vista. Una pasada.

    1. El futuro en ese sentido promete mucho, sea con tránsitos o con imagen directa.

      En lo referido a ese planeta extrapolar lo que hay en mundos calientes cómo ese, fuera de la zona habtable , a esos que lo están parece muy precipitado. Seguro que cada sistema planetario de enana roja será un mundo aparte

  8. Off-in topic. ¿Va a suponer algún beneficio para la instrumentación del James Webb el haberlo pospuesto tanto? (Como pasó con Huble con los aplazamientos de los transbordadores). ¿O los aplazamientos del J. Webb no son solo por las dificultades de su enorme espejo?

    1. Dificultades de… todo tipo, color y especie…
      danielmarin.naukas.com/2018/03/28/el-james-webb-se-retrasa-a-2020/

      …incluyendo caída de tornillos y arandelas de la cubierta del escudo solar…
      spacenews.com/jwst-suffers-new-problem-during-spacecraft-testing/

  9. “..a la espera del James Webb..”

    sí, la eterna espera del James Webb: llevamos como 20 años esperado desde que se concibió ese proyecto, incluso mas porqué el JWST fue la evolución del NGST que se remonta a 1996,
    el JWST debió haber sido lanzado a mas tardar en el 2007, pero el ultimo retraso nos lleva hasta el 2021.
    ¿quien no quiere ver al JWST funcionando?, ¡que gran proyecto: pero que aspiradora de recursos!,
    un proyecto lleno de errores, mala gestión, sobrecostos, en fin,
    que justifica Northrop Grumman como que “es un proyecto muy complejo”.

  10. Para retener una atmósfera es importante el tamaño del planeta, y la diferencia entre LHS 3844 b y 55 Cancri e, demuestra que el tamaño de la estrella también es importante!! LHS 3844 b orbita una enana roja «fulgurante» mientras que 55 Cancri e orbita una enana amarilla más estable. LHS 3844 b es como un SuperMercurio y 55 Cancri e un SuperVenus.

    1. Vale como primera aproximación.
      Sólo digo que esto es como sacarle una foto a una persona de 50 años con una calva prominente y pensar que todos los cincuentones van a ser calvos.
      Estamos en un estado muy primitivo del conocimiento de los exoplanetas. Hay que seguir manteniendo una mentalidad mucho más abierta. No sabemos cuál ha sido la historia ni de este planeta ni de su estrella.

  11. Por otro lado, el Spitzer tiene que dar los resultados sobre otro sistema similar, así que será interesante comparar.
    http://exoplanet.eu/catalog/lp_791-18_b/
    http://ssc.spitzer.caltech.edu/warmmission/scheduling/approvedprograms/ddt/14309.txt
    que dice:

    LP 791-18 es igualmente sorprendente en que el descubrimiento inicial muestra dos planetas, con potencialmente muchos planetas del tamaño de la Tierra todavía no descubiertos debido al tamaño de apertura limitado de TESS. Al mismo tiempo, LP 791-18 también es diferente de TRAPPIST-1 en que el planeta exterior parece haber podido retener su envoltura de gas sub-Neptuno.

    Aquí, proponemos observar continuamente LP 791-18 durante 124 horas para detectar de manera sólida o eliminar la posibilidad de tránsito planetas más grandes que Marte en períodos orbitales entre LP 791-18 b y c [entre casi 1 y 5 días]. Además, buscará tránsitos individuales de planetas de períodos más largos, buscará TTV y obtendrá mediciones precisas de profundidad de tránsito que incluso permiten el primer reconocimiento de atmósfera de LP 791-18 c que complementa las observaciones planificadas de JWST / GTO.

    Así que, cuando consigan hacer la observación (en breve) y si no se toman mucho tiempo en dar los resultados, comparamos.

  12. Ojo a los métodos estadísticos con los exoplanetas: será una de las secciones científicas más apasionantes del siglo XXI. Este artículo del arxiv es importante por ser uno de los primeros (si no el primero) que trata de la temperatura superficial de una atmósfera exoplanetaria. Pero lo bueno llegará cuando se acumulen los datos de miles de exoplanetas. Espero que alguna institución se dedique a compilar los datos de cada uno de ellos para poder analizarlos y reanalizarlos. Lo del reanálisis es importante ya que, si se mantienen los datos en «crudo», luego podrían evitarse las parcialidades que aparezcan en los primeros análisis.

    1. Realmente, el Spitzer midió por primera vez el eclipse secundario de un exoplaneta allá por el año 2005 (y por tanto su temperatura). Desde entonces, han sido varias decenas de planetas. Luego se unió a la fiesta el Hubble y varios de los grandes telescopios terrestres (sin ir más lejos nuestro GTC canario).
      Eso sí, todo esto suelen conseguirlo sobre planetas grandes y calientes. Que se detecte sobre una supertierra, aunque sea caliente, es toda una novedad.

  13. Por cierto, el lado diurno de este planeta tiene una temperatura de unos 770º C pero 55 Cancri e una de 1700 ºC.
    Con todo lo caliente que nos parezca, no hay ni punto de comparación.
    El lado diurno de Mercurio está a 427 ºC.

  14. Por cierto, aterrizar una sonda en la cara oculta de este planeta puede ser una buena forma de usarlo como escudo ante la radiación de su estrella pero al mismo tiempo servirnos para poder analizar el ambiente TAN CERCA de una enana roja.
    Una especie de Solar Orbiter pero con un escudo a lo bestia.

  15. Por otro lado, viendo en detalle el artículo, realmente lo que se excluye es la posibilidad de que tenga atmósferas densas de más de 10 bar. Eso es lo observado.
    Es decir, no se ha observado que no tenga atmósfera. Lo que ocurre es que, según sus modelos, una atmósfera más tenue probablemente fuese barrida a largo plazo por la actividad de su estrella (pero esto es una suposición no observada).
    Sin embargo, sí que sugieren que un planeta de este tipo, que podría presentar gran actividad volcánica, podría de cuando en cuando reponer una tenue atmósfera.
    Así que no todo está perdido.

    1. No es que sirva de mucho dadas las condiciones existentes en ese mundo y quizás lo mismo pueda decirse de otros similares.

      Cómo pasa siempre la ventaja que tenemos es la gran abundancia de enanas rojas y su gran duración fusionando hidrógeno. Puede que el futuro remoto (a escalas cosmológicas) esté lleno de vida.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 21 agosto, 2019
Categoría(s): ✓ Astronomía • Exoplanetas