Descubren un exoplaneta con una atmósfera “extraterrestre”

Del mismo modo que los seres vivos respondemos a nuestro entorno y nos adaptamos a él para sobrevivir o que las crías de todos los animales, llevan características de sus progenitores, muchos científicos han pensado durante mucho tiempo que los planetas en desarrollo deberían parecerse al disco giratorio de gas y polvo que los vio nacer.

La teoría es lógica: si los planetas se forman a partir de un largo proceso en el que se “fusionan” las partículas de gas y polvo, los elementos químicos que se encuentran allí deberían estar presentes en la atmósfera posterior. Pero resulta que no es así.

De acuerdo con un nuevo estudio, publicado en Astrophysical Journal Letters, astrofísicos de la Universidad Northwestern, descubrieron que esta “herencia planetaria” podría ser menor de lo que se creía. Al estudiar un exoplaneta aún en formación y su disco natal circundante, los investigadores descubrieron una composición desigual de los gases en la atmósfera del planeta en comparación con los gases dentro del disco.

El sorprendente hallazgo potencialmente confirma el escepticismo de larga data de que el modelo actual de los científicos sobre la formación de planetas es demasiado simplificado. Es la primera vez que los físicos han comparado la información de un exoplaneta, su disco natal y su estrella anfitriona.

“Para los astrofísicos observacionales, una imagen ampliamente aceptada de la formación de planetas probablemente era demasiado simplificada – explica Chih-Chun Hsu, líder del estudio -. Según esa imagen simplificada, la proporción de gases en la atmósfera de un planeta debería coincidir con la proporción de gases en su disco natal, suponiendo que el planeta acrecienta materiales a través de los gases en su disco. En cambio, encontramos un planeta con una proporción de carbono y oxígeno que es mucho menor en comparación con su disco. Ahora, podemos confirmar las sospechas de que la imagen de la formación de planetas era demasiado simplificada”.

Hasta hace poco, era imposible obtener una vista directa de un disco natal para rastrear el nacimiento de un planeta. La mayoría de los exoplanetas observables son demasiado viejos, por lo que sus discos natales ya han desaparecido.

Sin embargo, la excepción es PDS 70, un disco natal que envuelve dos exoplanetas gigantes gaseosos incipientes, similares a Júpiter, llamados PDS 70b y PDS 70c. Ubicados a solo 366 millones de años luz de la Tierra dentro de la constelación de Centauro, los planetas tienen, como máximo, unos” jóvenes” 5 millones de años.

“Este es un sistema en el que vemos tanto planetas aún en formación como los materiales a partir de los cuales se formaron – añade Jason Wang, coautor del estudio -. Estudios anteriores han analizado este disco de gas para comprender su composición. Por primera vez, pudimos medir la composición del planeta aún en formación y ver cuán similares son los materiales en el planeta en comparación con los materiales en el disco”.

Para medir los materiales, el equipo de Hsu examinó la luz emitida por PDS 70b. Esta luz es como una huella dactilar que revela la composición, el movimiento, la temperatura y otras características de un objeto. Cada molécula o elemento produce su propio espectro. Por lo tanto, al estudiar estos espectros, los investigadores pueden identificar las moléculas o elementos específicos dentro o que rodean un objeto.

A eso hay que sumarle una tecnología fotónica desarrollada por Wang que permite a los astrónomos capturar el espectro de objetos débiles específicos cerca de estrellas mucho más brillantes. Los investigadores utilizaron esta técnica para concentrarse en las características débiles del joven sistema planetario.

“Estas nuevas herramientas permiten tomar espectros realmente detallados de objetos débiles al lado de objetos realmente brillantes - añade Wang -. Porque el desafío aquí es que hay un planeta realmente débil al lado de una estrella realmente brillante. Es difícil aislar la luz del planeta para analizar su atmósfera”.

Con los espectros, los investigadores obtuvieron información sobre el monóxido de carbono y el agua de PDS 70b. A partir de eso, calcularon la proporción inferida de carbono y oxígeno dentro de la atmósfera del planeta. Luego, compararon esa proporción con mediciones informadas previamente de gases en el disco.

“Inicialmente, esperábamos que la proporción de carbono a oxígeno en el planeta pudiera ser similar a la del disco - afirma Hsu -. Pero, en cambio, encontramos que el carbono, en relación con el oxígeno, en el planeta era mucho menor que la proporción en el disco. Eso fue un poco sorprendente, y muestra que nuestra imagen ampliamente aceptada de la formación de planetas era demasiado simplificada”.

Para explicar este desajuste, Hsu y Wang creen que podrían estar en juego dos escenarios diferentes. Una explicación es que el planeta podría haberse formado antes de que su disco se enriqueciera en carbono. Otra explicación es que el planeta podría haber crecido principalmente absorbiendo grandes cantidades de materiales sólidos, además de gases. Si bien los espectros muestran solo gases, parte del carbono y el oxígeno inicialmente podrían acumularse a partir de materiales sólidos, atrapados en hielo y polvo.

“Si el planeta absorbió preferentemente hielo y polvo, estos se habrían evaporado antes de entrar en el planeta – especula Wang -. Por lo tanto, podría indicarnos que no podemos comparar gas con gas. Los componentes sólidos podrían estar marcando una gran diferencia en la relación carbono-oxígeno”.

Para este estudio, el equipo solo estudió PDS 70b. A continuación, planean observar los espectros del otro planeta en el sistema PDS 70.

“Al estudiar estos dos planetas juntos, podemos comprender aún mejor la historia de formación del sistema – concluye Hsu - Pero, además, este es solo un sistema. Idealmente, necesitamos identificar más de ellos para comprender mejor cómo se forman los planetas”.