Webb preparado para la búsqueda de exoplanetas.

El Telescopio espacial Webb de la NASA.

Esta es una impresión artística del planeta extrasolar del tamaño de Júpiter, HD 189733b, que fue eclipsado por su estrella madre. Los astrónomos que usan el Telescopio Espacial Hubble han medido el dióxido de carbono y el monóxido de carbono en la atmósfera del planeta. El planeta es un "Júpiter caliente", que está tan cerca de su estrella que completa una órbita en solo 2,2 días. El planeta está demasiado caliente para la vida como lo conocemos. Pero bajo las condiciones adecuadas, en un mundo más similar a la Tierra, el dióxido de carbono puede indicar la presencia de vida extraterrestre. Esta observación demuestra que los biotracers químicos pueden ser detectados por las observaciones del telescopio espacial. Créditos: ESA, NASA, M. Kornmesser (ESA / Hubble) y STScI.

En abril de 2018, la NASA lanzó el satélite Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Su objetivo principal es localizar planetas del tamaño de la Tierra y "super-Tierras" más grandes que orbitan alrededor de estrellas para su posterior estudio. Una de las herramientas más poderosas que examinará las atmósferas de algunos planetas que TESS descubra será el Telescopio Espacial James Webb de la NASA. Dado que la observación de pequeños exoplanetas con atmósferas delgadas como la Tierra será un desafío para Webb, los astrónomos apuntarán primero a exoplanetas gigantes de gas más fáciles.

Algunas de las primeras observaciones de Webb de exoplanetas gigantes de gas se llevarán a cabo a través del programa Discretionary Early Release Science del Director. El equipo del proyecto de exoplanetas en tránsito en el centro de operaciones científicas de Webb tiene previsto realizar tres tipos diferentes de observaciones que proporcionarán tanto nuevos conocimientos científicos como una mejor comprensión del rendimiento de los instrumentos científicos de Webb.

"Tenemos dos objetivos principales. El primero es obtener datos de exoplanetas en tránsito de Webb a la comunidad astronómica lo antes posible. El segundo es hacer una gran ciencia para que los astrónomos y el público puedan ver cuán poderoso es este observatorio ", dijo Jacob Bean de la Universidad de Chicago, co-investigador principal del proyecto de exoplanetas en tránsito.

"El objetivo de nuestro equipo es proporcionar conocimiento crítico y conocimientos a la comunidad astronómica que ayudará a catalizar la investigación de exoplanetas y hacer el mejor uso de Webb en el tiempo limitado que tenemos disponible", agregó Natalie Batalha del Centro de Investigación Ames de la NASA, principal del proyecto investigador.

Tránsito: un espectro atmosférico.

Cuando un planeta cruza o transita su estrella anfitriona, la luz de la estrella se filtra a través de la atmósfera del planeta. Las moléculas dentro de la atmósfera absorben ciertas longitudes de onda, o colores, de la luz. Al dividir la luz de la estrella en un espectro de arco iris, los astrónomos pueden detectar esas secciones de luz faltante y determinar qué moléculas se encuentran en la atmósfera del planeta.

Para estas observaciones, el equipo del proyecto seleccionó WASP-79b, un planeta del tamaño de Júpiter ubicado a unos 780 años luz de la Tierra. El equipo espera detectar y medir las abundancias de agua, monóxido de carbono y dióxido de carbono en WASP-79b. Webb también podría detectar nuevas moléculas aún no vistos en atmósferas de exoplanetas.

Curva de fase - Un mapa del tiempo.

Los planetas que orbitan muy cerca de sus estrellas tienden a bloquearse por mareas. Un lado del planeta se enfrenta permanentemente a la estrella, mientras que el otro lado mira hacia otro lado, al igual que un lado de la Luna siempre mira hacia la Tierra. Cuando el planeta está frente a la estrella, vemos su parte trasera más fría. Pero a medida que orbita la estrella, más y más del lado diurno caliente aparece a la vista. Al observar una órbita completa, los astrónomos pueden observar esas variaciones (llamadas curvas de fase) y usar los datos para mapear la temperatura, las nubes y la química del planeta en función de la longitud.

El equipo observará una curva de fase del "Júpiter caliente" conocido como WASP-43b, que orbita su estrella en menos de 20 horas. Al observar diferentes longitudes de onda de luz, pueden muestrear la atmósfera a diferentes profundidades y obtener una imagen más completa de su estructura. "Ya hemos visto variaciones dramáticas e inesperadas para este planeta con Hubble y Spitzer. Con Webb revelaremos estas variaciones en mayor detalle para comprender los procesos físicos que son responsables ", dijo Bean.

Esta animación describe cómo Webb utilizará la espectroscopia de transmisión para estudiar las atmósferas de exoplanetas distantes. Créditos: NASA, ESA, CSA y L. Hustak (STScI).

Eclipse - El brillo de un planeta

El mayor desafío cuando se observa un exoplaneta es que la luz de la estrella es mucho más brillante, inundando la tenue luz del planeta. Para evitar este problema, un método es observar un planeta en tránsito cuando desaparece detrás de la estrella, no cuando se cruza por delante de la estrella. Al comparar las dos mediciones, una tomada cuando tanto la estrella como el planeta son visibles, y la otra cuando solo está a la vista la estrella, los astrónomos pueden calcular cuánta luz proviene solo del planeta.

Esta técnica funciona mejor para planetas muy calientes que brillan intensamente con luz infrarroja. El equipo planea estudiar WASP-18b, un planeta que se hornea a una temperatura de casi 4.800 grados Fahrenheit (2.900 K). Entre otras preguntas, esperan determinar si la estratosfera del planeta existe debido a la presencia de óxido de titanio, óxido de vanadio o alguna otra molécula.

Planetas habitables.

Imagen de autor del Telescopio Espacial James Webb. Crédito: NASA/ESA & CSA.

En última instancia, los astrónomos quieren usar Webb para estudiar planetas potencialmente habitables. En particular, Webb apuntará a planetas que orbitan alrededor de estrellas enanas rojas, ya que esas estrellas son más pequeñas y más tenues, lo que facilita el rastreo de la señal de un planeta en órbita. Las enanas rojas también son las estrellas más comunes en nuestra galaxia.

"TESS debería ubicar más de una docena de planetas orbitando en las zonas habitables de enanas rojas, algunas de las cuales podrían ser habitables. Queremos saber si esos planetas tienen atmósferas y Webb será quien nos lo diga ", dijo Kevin Stevenson del Space Telescope Science Institute, co-investigador principal del proyecto. "Los resultados recorrerán un largo camino para responder la pregunta de si las condiciones favorables para la vida son comunes en nuestra galaxia".

El Telescopio Espacial James Webb será el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resolverá los misterios de nuestro sistema solar, mirará más allá de mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un proyecto internacional liderado por la NASA con sus socios, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia Espacial Canadiense (CSA).

Para obtener más información acerca de Webb, visite www.nasa.gov/webb

Por Christine Pulliam

Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.

Última actualización: 11 de julio de 2018, enlace comunicado.

Editor: Lynn Jenner