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

Por Daniel Marín, el 21 agosto, 2019. Categoría(s): Astronomía • Exoplanetas ✎ 55

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. Este descubrimiento es una gran demostración de la capacidad de los telescopios espaciales y de tantos medios técnicos al servicio de la ciencia.

    Me parece muy necesario que se busquen planetas en otras estrellas, aunque están tan lejos que quizá faltan muchas generaciones para que podamos comunicarnos con sus hipotéticos habitantes.

    Desde el punto de vista práctico, me parece más necesario aumentar el número y la capacidad de telescopios espaciales dedicados a buscar objetos cercanos potencialmente peligrosos, realizar misiones robóticas a los de mayor riesgo y usar sus recursos para neutralizar el peligro y propulsarse en nuevas misiones de exploración y de protección de la Tierra.

  2. Por un lado hay tristeza saber que se reducen las posibilidades de vida en los planetas a medida que conocemos más casos. Pero es coherente con los datos de científicos que buscan vida en el universo. Pero es más frustrante hacerse ilusiones y luego decepcionarse, por no haber buscado previamente una lógica que explique cada caso e intentar generalizarlo.

    Todos los planetas son interesantes, pero si hay vida, deberíamos buscarlo en planetas con soles parecidos al nuestro. No sé qué tamaños y edad y brillo son los parecidos al nuestro. Pochimax, ampliaría ligeramente el rango de búsqueda. Yo tendría que leer algo sobre tipos de estrellas (no debería llevar más de 2 o 3 horas de mi vida, pero soy perezoso), aunque he intentado leer la wiki, ahora estoy jugando al Diablo 3 y mi necedad me impide dedicarle el tiempo. Además de estar algo enfermo y tengo las energías al 0 y me cuesta concentrarme. Quizás es eso que dice Daniel de que no nos gusta leer más de 2 párrafos seguidos (a mucha gente y por lo menos a mi, en eso ha acertado). Ni idea. Pero lo importante, es que incluso reduciendo las estrellas a estudiar a sólo las que son como las nuestras, hay muchas y 300 años luz, son como un tiro de piedra, comparado con las distancias de Andrómeda a 2.5 millones de años luz de la galaxia más cercana. Pienso que hay tantas estrellas por descubrir y sin analizar que no podemos hablar de pesimismo, sino de aprendizaje. Por algo se dice que un pesimista es un optimista con experiencia. Nos falta entender los aspectos de las estrellas, la distancia, la masa, el diámetro y la composición de los planetas para sacar conclusiones.

    Que no podamos comunicarnos con la vida, porque se encuentra a 500 años luz (si estuviera cerca) lo veo secundario. Creo que lo importante es aprender (aunque al final me dedique a jugar al Diablo 3, lo sé soy un impresentable) las reglas de la naturaleza que favorecen la aparición de vida.

    1. Rafa2, no te desanimes, hombre.
      A los astrónomos les gusta descubrir todo tipo de planetas, así en general. Sobre todo piensa en que para ellos es su trabajo. No pueden proponer buscar unicornios si de momento sólo pueden descubrir vacas… tendremos que conformarnos.
      Es cuestión de tiempo y paciencia.

    2. Otra cosa diferente, y en eso estoy de acuerdo contigo Rafa2, es que estos descubrimientos muchas veces la prensa los presenta con un hype considerable. Y luego si nos hemos creído lo que dice la prensa nos llevamos chascos.
      La realidad es que los astrónomos en sus artículos suelen ser mucho más precavidos de lo que luego cuentan los medios. Yo hace tiempo que estoy curado de hypes y disfruto a tope cualquier nuevo planeta.

    3. ¿Diablo 3?. Donde pongan un “Silent Hunter III” modeado y jugando con el nivel de realismo alto se puede quitar todo lo demás, al menos cuando jugaba.

      No me parece que haya que dejar de lado las enanas rojas. A priori además llegará un día en el que las estrellas cómo el Sol serán tan raras cómo lo son hoy las muy masivas, así que mejor no dejar de lado unas estrellas que además de abundantes sobrevivirán a todas las demás.

      1. Aparte de que esto no es como sacar una ley que prohíba el estudio de las enanas rojas. Y los astrónomos y científicos en general son así de curiosos… bastaría que hubiera un consenso para que algún pequeño grupo de científicos dijera: ¿ah, sí? ¡pues yo me voy a dedicar a estudiar enanas rojas, hombre!
        y encima seguro que conseguiría los fondos.

    4. RAFA2, no te dejes llevar por el pesimismo. Estamos en una fase muy inicial del estudio de mundos extrasolares. Hemos descubierto unos cuantos miles, pero es que solo en nuestra galaxia hay cientos de miles de millones. Es como pretender conocer las características de las especies vivas de la Tierra (varios millones) analizando solo una docena de ellas. Lo que ocurre es que nuestra actual tecnología solo nos permite estudiar casos puntuales y extremos que podemos detectar.

      Un estudio de 2013 a partir de datos del Kepler estimaba que hay en la Galaxia unos 17.000 millones de planetas similares a la Tierra en zonas de habitabilidad:

      elmundo.es/elmundo/2013/01/08/ciencia/1357638041.html

      Se estima que un 22% de las estrellas similares al sol tienen planetas terrestres en su zona de habitabilidad:

      elmundo.es/ciencia/2013/11/04/5277da8b6843410b4e8b4589.html

      El problema es que de momento nuestros medios dan para lo quedan. Es cuestión de tiempo y de tecnología.

      Descubrir con un 100% de certeza un planeta gemelo de la Tierra en un sistema estelar cercano sería la bomba, y muy posiblemente ocurrirá en algún momento de los próximos 10 años. Pero para seguir avanzando necesitamos lo de siempre: DINERO.

      1. Coincido que los medios actuales, dan para lo que dan. Es que 10.000 millones el JWST es pasarse un par de pueblos. El mundo ingenieril – técnico de la NASA parece una estructura muy rígida de cabezas cuadradas. Eso sí : saben como reducir riesgos al mínimo. Normalmente tenemos una curva de riesgos y precio. Si necesitáramos reducir el riesgo con una tendencia a 0, el gasto sería muy, pero que muy alto. Por otra parte podemos reducir el presupuesto y aumentar el riesgo, incrementando la ‘productividad aparente’.

        https://www.monografias.com/trabajos95/economia-seguridad/image010.png

  3. Con todo el respeto para los que buscan condiciones de habitabilidad a muchos años luz, creo que nuestro sistema solar tiene suficientes rangos de condiciones como para no necesitar buscar tan lejos. Tenemos desde un suelo abrasador en Mercurio hasta hielos cerca del cero absoluto en los polos de la Luna. Desde presiones enormes en Venus a presiones minúsculas en Marte. En fin, que para buscar la vida, que por lo que conocemos tiene base microscópica, y sus orígenes, es más útil mirar cerca con microscopio que mirar a otras estrellas.

    1. No me parece que tengamos que elegir, ni que renunciar a una cosa para tener la otra, la verdad.
      Me parece fascinante nuestro planeta, el sistema solar y la diversidad de los mundos que existen allí fuera.
      Todo a la vez.
      Lo quiero todo.

  4. Los científicos son los detectives de la naturaleza.
    Son capaces de sacar información útil, a partir de cosas que pasamos por alto constantemente. Son capaces de sacar infinita información a partir de 1 píxel y cómo varían su luminosidad, posición frecuencias de onda captadas, etc.
    Esto es lo que vemos cuando decimos que trappist son 7 planetas:
    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e1/Trappist1-final-hour-long-cadence.gif/300px-Trappist1-final-hour-long-cadence.gif

    Y esto la información que sacan (sólo una parte supongo). Se publica lo más accesible para la gente, supongo :
    —-:
    Ascensión recta (α) 23 h 06 m 29,283 s
    Declinación (δ) –05° 02′ 28,59″
    Mag. aparente (V) 18,80
    Color M
    Características físicas
    Clasificación estelar enana roja
    Tipo M8V
    M8.2V
    Masa solar 0,08 ± 0,009 M☉
    Diámetro (d☉)
    Radio 0,114 ± 0,006 km
    Índice de color
    2,33 (V-R)
    2,47 (R-I)
    Magnitud absoluta 18,4 ± 0,1
    Gravedad superficial ~ 5,227 (log g)
    Luminosidad 0,00000373
    0,000525±0,000036 (bolométrica) L☉
    Temperatura superficial 2550 ± 55 K
    Metalicidad 0,04 ± 0,08
    Periodo de rotación 3,3 días
    Periodo de oscilación (T)
    Edad 3-8 Giga años
    Astrometría
    Velocidad radial −56,31​ km/s
    Distancia 39,5 ± 1,3 años luz (12,1 ± 0,4 pc)
    Paralaje 82,58 mas
    Sistema
    N.º de componentes 8
    Planetas y otros astros TRAPPIST-1b • 1c • 1d • 1e • 1f • 1g • 1h

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Por Daniel Marín, publicado el 21 agosto, 2019
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