Webb capta imágenes de exoplanetas jóvenes y gigantes y detecta dióxido de carbono

Los hallazgos sugieren que los exoplanetas gigantes en el sistema HR 8799 probablemente se formaron como Júpiter y Saturno.

Las observaciones indican que los planetas de HR 8799, bien estudiados, son ricos en dióxido de carbono. Esto proporciona una sólida evidencia de que los cuatro planetas gigantes del sistema se formaron de forma similar a Júpiter y Saturno, mediante la lenta formación de núcleos sólidos que atraen gas del interior de un disco protoplanetario.

Los resultados también confirman que el Webb puede inferir la composición química de las atmósferas de exoplanetas mediante imágenes. Esta técnica complementa los potentes instrumentos espectroscópicos del Webb, que resuelven la composición atmosférica.

«Al detectar estas fuertes características de dióxido de carbono, hemos demostrado que existe una fracción considerable de elementos más pesados, como carbono, oxígeno y hierro, en las atmósferas de estos planetas», declaró William Balmer, de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore. «Dado lo que sabemos sobre la estrella que orbitan, esto probablemente indica que se formaron mediante acreción del núcleo, lo cual es una conclusión emocionante para planetas que podemos ver directamente».

Balmer es el autor principal del estudio que anuncia los resultados publicados hoy en The Astrophysical Journal. El análisis de Balmer y su equipo también incluye la observación del telescopio Webb de un sistema a 97 años luz de distancia llamado 51 Eridani.

HR 8799 es un sistema joven de unos 30 millones de años, una fracción de los 4.600 millones de años de nuestro sistema solar. Aún calientes tras su tumultuosa formación, los planetas dentro de HR 8799 emiten grandes cantidades de luz infrarroja que proporcionan a los científicos información valiosa sobre su formación.

Los planetas gigantes pueden formarse de dos maneras: mediante la formación lenta de núcleos sólidos con elementos más pesados ​​que atraen gas, al igual que los gigantes de nuestro sistema solar, o cuando partículas de gas se fusionan rápidamente en objetos masivos a partir del disco de enfriamiento de una estrella joven, compuesto principalmente del mismo tipo de material que la estrella. Conocer qué modelo de formación es más común puede proporcionar a los científicos pistas para distinguir entre los tipos de planetas que encuentran en otros sistemas.

“Nuestra esperanza con este tipo de investigación es comprender nuestro propio sistema solar, la vida y a nosotros mismos en comparación con otros sistemas exoplanetarios, para poder contextualizar nuestra existencia”, dijo Balmer. “Queremos tomar fotografías de otros sistemas solares y ver en qué se parecen o se diferencian del nuestro. A partir de ahí, podemos intentar comprender cuán extraño es realmente nuestro sistema solar, o cuán normal es”.

De los casi 6000 exoplanetas descubiertos, pocos han sido fotografiados directamente, ya que incluso los planetas gigantes son miles de veces más débiles que sus estrellas. Las imágenes de HR 8799 y 51 Eridani fueron posibles gracias al coronógrafo NIRCam (Cámara de Infrarrojos Cercanos) del Webb, que bloquea la luz de estrellas brillantes para revelar mundos que de otro modo estarían ocultos.

Esta tecnología permitió al equipo buscar luz infrarroja emitida por los planetas en longitudes de onda que son absorbidas por gases específicos. El equipo descubrió que los cuatro planetas HR 8799 contienen más elementos pesados ​​de lo que se creía.

“Las capacidades únicas del Webb nos permiten explorar por primera vez la amplia diversidad de estos planetas captados directamente en imágenes. Esto nos proporciona pistas importantes sobre cómo se formaron estos sistemas planetarios”, declaró Emily Rickman, de la Agencia Espacial Europea, coautora del estudio. “Estas nuevas observaciones reiteran la importancia del sistema multiplanetario HR 8799 como punto de partida para comprender la formación de sistemas exoplanetarios y de nuestro propio Sistema Solar”.

El equipo está allanando el camino para realizar observaciones más detalladas que determinen si los objetos que observan orbitando otras estrellas son realmente planetas gigantes o objetos como enanas marrones, que se forman como estrellas pero no acumulan suficiente masa como para desencadenar la fusión nuclear.

“Tenemos otras líneas de evidencia que apuntan a la formación de estos cuatro planetas HR 8799 utilizando este enfoque ascendente”, afirmó Laurent Pueyo, astrónomo del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore, quien codirigió el trabajo. “¿Qué tan común es esto en los planetas que podemos captar directamente en imágenes?” Aún no lo sabemos, pero proponemos más observaciones del Webb para responder a esa pregunta.

«Sabíamos que el Webb podía medir los colores de los planetas exteriores en sistemas captados directamente», añadió Rémi Soummer, director del Laboratorio de Óptica Russell B. Makidon del STScI y exdirector de operaciones del coronógrafo del Webb. «Llevamos 10 años esperando confirmar que nuestras operaciones, perfectamente ajustadas, del telescopio también nos permitirían acceder a los planetas interiores. Ahora tenemos los resultados y podemos realizar investigaciones interesantes con ellos».

Las observaciones de NIRCam de HR 8799 y 51 Eridani se realizaron como parte de los programas de Observaciones en Tiempo Garantizado 1194 y 1412, respectivamente.