Una colaboración internacional de astrónomos liderada por un investigador del Centro de Astrobiología y la Queen’s University de Belfast, e incluidos investigadores de Trinity, ha detectado una nueva firma química en la atmósfera de un planeta extrasolar (un planeta que orbita alrededor de una estrella distinta de nuestro Sol).

El radical hidroxilo (OH) se encontró en el lado diurno del exoplaneta WASP-33b. Este planeta es el llamado “Júpiter ultracaliente”, un planeta gigante gaseoso que orbita su estrella anfitriona mucho más cerca de lo que Mercurio orbita el Sol y, por lo tanto, alcanza temperaturas atmosféricas de más de 2.500 ° C (lo suficientemente caliente como para derretir la mayoría de los metales).

El investigador principal con sede en el Centro de Astrobiología y la Queen’s University de Belfast, el Dr. Stevanus Nugroho, dijo:

“Esta es la primera evidencia directa de OH en la atmósfera de un planeta más allá del Sistema Solar. Muestra no solo que los astrónomos pueden detectar esta molécula en atmósferas de exoplanetas, sino también que pueden comenzar a comprender la química detallada de esta población planetaria ”.

En la atmósfera de la Tierra, el OH se produce principalmente por la reacción del vapor de agua con el oxígeno atómico. Es un llamado “detergente atmosférico” y juega un papel crucial en la atmósfera de la Tierra para purgar gases contaminantes que pueden ser peligrosos para la vida (por ejemplo, metano, monóxido de carbono).

En un planeta mucho más grande y caliente como WASP-33b, donde los astrónomos han detectado previamente signos de gas de óxido de hierro y titanio, el OH juega un papel clave en la determinación de la química de la atmósfera a través de interacciones con el vapor de agua y el monóxido de carbono. Se cree que la mayor parte del OH en la atmósfera de WASP-33b se produjo por la destrucción del vapor de agua debido a la temperatura extremadamente alta.

“Vemos solo una señal tentativa y débil del vapor de agua en nuestros datos, lo que apoyaría la idea de que el agua se está destruyendo para formar hidroxilo en este ambiente extremo”, explicó el Dr. Ernst de Mooij de la Queen’s University de Belfast, coautor en este estudio.

Para hacer este descubrimiento, el equipo utilizó el instrumento Doppler infrarrojo (IRD) en el Telescopio Subaru de 8,2 metros de diámetro ubicado en el área de la cumbre de Maunakea en Hawai`i (a unos 4.200 m sobre el nivel del mar). Este nuevo instrumento puede detectar átomos y moléculas a través de sus “huellas digitales espectrales”, conjuntos únicos de características de absorción oscura superpuestas al arco iris de colores (o espectro) que emiten las estrellas y los planetas.

A medida que el planeta orbita a su estrella anfitriona, su velocidad relativa a la Tierra cambia con el tiempo. Al igual que la sirena de una ambulancia o el rugido del motor de un coche de carreras cambia de tono al pasar a toda velocidad, las frecuencias de la luz (por ejemplo, el color) de estas huellas digitales espectrales cambian con la velocidad del planeta. Esto nos permite separar la señal del planeta de su brillante estrella anfitriona, que normalmente abruma tales observaciones, a pesar de que los telescopios modernos no son lo suficientemente potentes para tomar imágenes directas de tales exoplanetas de “Júpiter caliente”.

El Dr. Neale Gibson, profesor asistente del Trinity College Dublin y coautor de este trabajo, dijo:

“La ciencia de los planetas extrasolares es relativamente nueva, y un objetivo clave de la astronomía moderna es explorar las atmósferas de estos planetas en detalle y, finalmente, buscar exoplanetas ‘similares a la Tierra’, planetas como el nuestro. Cada nueva especie atmosférica descubierta mejora aún más nuestra comprensión de los exoplanetas y las técnicas necesarias para estudiar sus atmósferas, y nos acerca a este objetivo “.

Aprovechando las capacidades únicas de IRD, los astrónomos pudieron detectar la pequeña señal del hidroxilo en la atmósfera del planeta. “El IRD es el mejor instrumento para estudiar la atmósfera de un exoplaneta en el infrarrojo”, añade el profesor Motohide Tamura, uno de los investigadores principales del IRD, director del Centro de Astrobiología y coautor de este trabajo.

“Estas técnicas para la caracterización atmosférica de exoplanetas todavía solo son aplicables a planetas muy calientes, pero nos gustaría desarrollar más instrumentos y técnicas que nos permitan aplicar estos métodos a planetas más fríos y, en última instancia, a una segunda Tierra”, dice el Dr. Hajime Kawahara, profesor asistente de la Universidad de Tokio y coautor de este trabajo.

El profesor Chris Watson, de la Queen’s University Belfast, coautor de este estudio, continúa: “Si bien WASP-33b puede ser un planeta gigante, estas observaciones son el banco de pruebas para las instalaciones de próxima generación como el Thirty Meter Telescope y el European Extremely Large Telescope en la búsqueda de biofirmas en mundos más pequeños y potencialmente rocosos, lo que podría dar pistas sobre una de las preguntas más antiguas de la humanidad: ‘¿Estamos solos?’ ”.

Referencia: “Primera detección de emisión de radicales hidroxilo de una atmósfera de exoplaneta: Caracterización de alta dispersión de WASP-33b utilizando Subaru / IRD” por Stevanus K. Nugroho, Hajime Kawahara, Neale P. Gibson, Ernst JW de Mooij, Teruyuki Hirano, Takayuki Kotani, Yui Kawashima, Kento Masuda, Matteo Brogi, Jayne L. Birkby, Chris A. Watson, Motohide Tamura, Konstanze Zwintz, Hola