Un equipo internacional de investigadores ha utilizado el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para calcular la cantidad de energía térmica procedente del exoplaneta rocoso TRAPPIST-1 c. El resultado sugiere que la atmósfera del planeta, si es que existe, es extremadamente delgada.

Con una temperatura diurna de aproximadamente 225 grados Fahrenheit, TRAPPIST-1 c es ahora el exoplaneta rocoso más frío jamás caracterizado en función de la emisión térmica. La precisión necesaria para estas mediciones demuestra aún más la utilidad de Webb en la caracterización de exoplanetas rocosos similares en tamaño y temperatura a los de nuestro propio sistema solar.

El resultado marca otro paso para determinar si los planetas que orbitan pequeñas enanas rojas como TRAPPIST-1, el tipo de estrella más común en la galaxia, pueden sostener las atmósferas necesarias para sustentar la vida tal como la conocemos.

“Queremos saber si los planetas rocosos tienen atmósferas o no”, dijo Sebastian Zieba, estudiante graduado en el Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania y primer autor de los resultados que se publican hoy en Nature. “En el pasado, solo podíamos estudiar planetas con atmósferas densas y ricas en hidrógeno. Con Webb finalmente podemos comenzar a buscar atmósferas dominadas por oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono”.

"TRAPPIST-1c es interesante porque es básicamente un gemelo de Venus: tiene aproximadamente el mismo tamaño que Venus y recibe una cantidad similar de radiación de su estrella anfitriona que Venus recibe del Sol", explicó la coautora Laura Kreidberg, también de Max Planck. "Pensamos que podría tener una atmósfera espesa de dióxido de carbono como Venus".

TRAPPIST-1 c es uno de los siete planetas rocosos que orbitan una estrella enana roja ultrafría (o enana M) a 40 años luz de la Tierra. Aunque los planetas son similares en tamaño y masa a los planetas rocosos interiores de nuestro propio sistema solar, no está claro si de hecho tienen atmósferas similares. Durante los primeros mil millones de años de sus vidas, las enanas M emiten rayos X brillantes y radiación ultravioleta que fácilmente pueden eliminar una atmósfera planetaria joven. Además, puede haber o no haber suficiente agua, dióxido de carbono y otros volátiles disponibles para crear atmósferas sustanciales cuando se formaron los planetas.

Para abordar estas preguntas, el equipo utilizó MIRI (Instrumento de infrarrojo medio de Webb) para observar el sistema TRAPPIST-1 en cuatro ocasiones distintas a medida que el planeta se movía detrás de la estrella, un fenómeno conocido como eclipse secundario. Al comparar el brillo cuando el planeta está detrás de la estrella (solo la luz de la estrella) con el brillo cuando el planeta está al lado de la estrella (luz de la estrella y el planeta combinados), el equipo pudo calcular la cantidad de luz infrarroja media con longitudes de onda de 15 micras emitidas por el lado diurno del planeta.

Este método es el mismo que utilizó otro equipo de investigación para determinar que TRAPPIST-1 b, el planeta más interno del sistema, probablemente no tenga atmósfera.

La cantidad de luz infrarroja media emitida por un planeta está directamente relacionada con su temperatura, que a su vez está influenciada por la atmósfera. El gas de dióxido de carbono absorbe preferentemente luz de 15 micrones, lo que hace que el planeta parezca más tenue en esa longitud de onda. Sin embargo, las nubes pueden reflejar la luz, haciendo que el planeta parezca más brillante y enmascarando la presencia de dióxido de carbono.

Además, una atmósfera sustancial de cualquier composición redistribuirá el calor del lado diurno al lado nocturno, lo que hará que la temperatura del lado diurno sea más baja de lo que sería sin una atmósfera. (Debido a que TRAPPIST-1 c orbita tan cerca de su estrella, aproximadamente 1/50 de la distancia entre Venus y el Sol, se cree que está bloqueada por mareas, con un lado en luz diurna perpetua y el otro en oscuridad infinita).

Aunque estas mediciones iniciales no brindan información definitiva sobre la naturaleza de TRAPPIST-1 c, sí ayudan a reducir las posibles posibilidades. “Nuestros resultados son consistentes con que el planeta sea una roca desnuda sin atmósfera, o que el planeta tenga una atmósfera de CO2 realmente delgada (más delgada que en la Tierra o incluso en Marte) sin nubes”, dijo Zieba. “Si el planeta tuviera una atmósfera espesa de CO2, habríamos observado un eclipse secundario muy poco profundo, o ninguno en absoluto. Esto se debe a que el CO2 absorbería toda la luz de 15 micrones, por lo que no detectaríamos ninguna proveniente del planeta”.

Los datos también muestran que es poco probable que el planeta sea un verdadero análogo de Venus con una atmósfera espesa de CO2 y nubes de ácido sulfúrico.

La ausencia de una atmósfera espesa sugiere que el planeta se pudo haber formado con relativamente poca agua. Si los planetas TRAPPIST-1 más fríos y templados se formaron en condiciones similares, es posible que también hayan comenzado con poca agua y otros componentes necesarios para que un planeta sea habitable.

La sensibilidad requerida para distinguir entre varios escenarios atmosféricos en un planeta tan pequeño y tan lejano es verdaderamente notable. La disminución en el brillo que Webb detectó durante el eclipse secundario fue solo del 0,04 por ciento: equivalente a mirar una pantalla de 10,000 bombillas diminutas y notar que solo cuatro se han apagado.

“Es extraordinario que podamos medir esto”, dijo Kreidberg. “Ha habido preguntas durante décadas sobre si los planetas rocosos pueden mantener atmósferas. La habilidad de Webb realmente nos lleva a un régimen en el que podemos comenzar a comparar los sistemas de exoplanetas con nuestro sistema solar de una manera que nunca antes habíamos hecho”.

Esta investigación se realizó como parte del programa 2304 de Webb's General Observers (GO), que es uno de los ocho programas del primer año de ciencia de Webb diseñado para ayudar a caracterizar completamente el sistema TRAPPIST-1. El próximo año, los investigadores realizarán una investigación de seguimiento para observar las órbitas completas de TRAPPIST-1 b y TRAPPIST-1 c. Esto permitirá ver cómo cambian las temperaturas del lado diurno al lado nocturno de los dos planetas y proporcionará más restricciones sobre si tienen atmósferas o no.