Concepción artística de un Júpiter caliente con atmósfera en
evaporación. NASA/Ames/JPL-Caltech |
Con más de tres mil ochocientos planetas extrasolares detectados hasta
la fecha, el siguiente paso consiste en describir sus características y
conocer estos mundos en detalle. Y CARMENES, un espectrógrafo de alta
resolución codesarrollado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía,
del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), e instalado
en el Observatorio de Calar Alto (CAHA, Almería), se está posicionando
como un instrumento líder: ha analizado la proporción de helio y de
vapor de agua en las atmósferas de varios exoplanetas, ofreciendo datos
con mejor resolución que los del Telescopio Espacial Hubble y abriendo
nuevas vías en estudios atmosféricos.
"CARMENES es realmente dos instrumentos en uno, al observar de forma
simultánea en el visible y en el infrarrojo. Esto nos permite, por un
lado, realizar detecciones de planetas directas evitando falsos
positivos y, por otro, acometer el estudio de las atmósferas
planetarias. Esto último es posible gracias al canal infrarrojo
(CARMENES-NIR), que fue desarrollado en el Instituto de Astrofísica de
Andalucía y que constituye una referencia en su campo a nivel mundial",
apunta Pedro J. Amado, investigador del Instituto de Astrofísica de
Andalucía, que ha codirigido el desarrollo de CARMENES.
Atmósferas en evaporación
Una gran proporción de los planetas extrasolares detectados se catalogan
como "júpiteres calientes", planetas gaseosos muy masivos que giran
alrededor de su estrella más cerca que Mercurio del Sol. Sus atmósferas
se encuentran sometidas a una intensa radiación estelar que origina una
fuerte erosión, y que en algunos casos puede producir la evaporación
completa de la atmósfera.
"Los estudios de escape atmosférico en exoplanetas se han realizado
mayormente estudiando una línea espectral del hidrógeno, que requiere de
observaciones desde el espacio -apunta Lisa Nortmann, investigadora del
Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), que encabeza el estudio
publicado en Science-. Pero existe otro trazador de la evaporación
atmosférica, el helio, que hemos observado desde tierra con el
instrumento CARMENES en el planeta WASP-69b, y que interpretamos como
una señal de que su atmósfera está escapando y dejando un rastro similar
a la cola de los cometas".
El helio es un átomo muy ligero que se encuentra en las capas más
externas de las atmósferas y que, a diferencia del hidrógeno, tiene un
estado metaestable, lo que se conoce como el triplete del helio, que se
había propuesto como sensor de las atmósferas exoplanetarias.
"Sin embargo, el triplete no fue observado hasta este año, con el
Telescopio Espacial Hubble -señala Manuel López Puertas, investigador
del Instituto de Astrofísica de Andalucía, que participa en los tres
trabajos-. Pero lo hizo a baja resolución espectral, es decir, sin
detalles. Nuestras observaciones desde tierra presentan mayor
resolución, lo que nos permite saber, tras el modelado de los datos, si
se produce escape atmosférico, su extensión, la velocidad a la que se
expande o cuánta masa se está perdiendo. Así, hemos demostrado que
disponemos de un nuevo método para el estudio de las atmósferas de los
planetas extrasolares, y que esperamos tenga una amplia aplicación en el
futuro".
Vapor de agua: trazador de nubes y aerosoles
CARMENES también se ha estrenado en el estudio del vapor de agua en las
atmósferas más allá del Sistema Solar, también en un "júpiter caliente"
denominado HD 189733b. Se trata de un compuesto que ya había sido
detectado desde el espacio en varias ocasiones, pero su detección con
CARMENES afianza el camino para el análisis de atmósferas exoplanetarias
desde tierra, con el uso de telescopios de cuatro metros como
complemento a los espaciales o a los telescopios de ocho o diez metros.
La detección de vapor de agua resulta compleja, y la técnica que se
emplea es diferente a la del helio. Mientras que el helio tiene una
línea de absorción muy fuerte y no se ve afectada por la atmósfera
terrestre, la molécula de agua presenta miles de líneas de absorción muy
débiles, que además son parcialmente absorbidas por el vapor de agua de
nuestra atmósfera. De ahí la dificultad de obtener dicha señal con
telescopios en tierra.
"Las novedades de nuestro estudio respecto a trabajos anteriores radican
en que se ha obtenido en varias bandas (o regiones espectrales)
diferentes de las usadas hasta ahora; esto nos permite usar esta técnica
no solo para detectar el agua sino también para detectar la presencia de
nubes y aerosoles. Con este estudio se abre la puerta para el estudio de
compuestos moleculares, como metano, agua o dióxido de carbono, en
exoatmósferas con CARMENES", concluye Alejandro Sánchez López,
investigador del IAA-CSIC que participa en los trabajos.
El cazaplanetas Carmenes
CARMENES es un instrumento único en el mundo, tanto en precisión como en
estabilidad, que trabaja en condiciones de vacío y con temperaturas
controladas hasta la milésima de grado.
CARMENES ha sido desarrollado por un consorcio de once instituciones
alemanas y españolas. En España participan el Instituto de Astrofísica
de Andalucía (IAA-CSIC), que colidera el proyecto y ha desarrollado el
canal infrarrojo, el Institut de Ciències de l'Espai, (IEEC-CSIC), la
Universidad Complutense de Madrid (UCM), el Instituto de Astrofísica de
Canarias (IAC) y el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA). Ha
obtenido financiación de la Sociedad Max Planck (MPG), el Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y los miembros del
consorcio CARMENES, con contribuciones del Ministerio de Economía y
Hacienda español (MINECO), los estados de Baden-Württemberg y Baja
Sajonia, la Fundación Alemana para la Ciencia (DFG), la Fundación Klaus
Tschira (KTS), la Junta de Andalucía y la Unión Europea a través de los
fondos FEDER/ERF.
Fuente: Instituto de Astrofísica de Andalucía 07/12/2018
L. Nortmann et al. Ground-based detection of an extended helium
atmosphere in the Saturnmass exoplanet WASP-69b. Science.
10830 Å absorption on HD 189733 b with CARMENES high-resolution
transmission spectroscopy. AstronomylM.
Salz et al. Detection of He I & Astrophysics
F. J. Alonso-Floriano et al.
Multiple water band detections in the CARMENES near-infrared
transmission spectrum of HD189733 b. Astronomy & Astrophysics
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