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El telescopio espacial Webb se prepara para la observaci贸n de exoplanetas

A medida que el telescopio espacial James Webb de la NASA dirige su mirada a una selecci贸n de los m谩s de 5000 mundos nuevos y extra帽os que se ha confirmado que existen en nuestra galaxia, los cient铆ficos comenzar谩n a trazar una imagen m谩s completa de sus “vidas”, desde el nacimiento hasta la muerte.

Ilustraci贸n de una s煤per Tierra, a la izquierda, y un mini Neptuno: dos de los tipos de planetas m谩s comunes en la galaxia que nos resultan extra帽os porque no se encuentran en nuestro sistema solar.聽
Cr茅dito: NASA/JPL-Caltech

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Hasta ahora, los cient铆ficos han descubierto que los聽exoplanetas, planetas m谩s all谩 de nuestro sistema solar, vienen en una amplia variedad de tama帽os y tipos.聽Webb, con su capacidad para revelar detalles nunca antes vistos del universo usando luz infrarroja, probablemente resolver谩 debates de d茅cadas sobre c贸mo se forman y mueren los planetas.

Desde un mill贸n de millas de distancia, el observatorio medir谩 la composici贸n de las atm贸sferas de los exoplanetas y sondear谩 su estructura en tres dimensiones.聽Y podr铆a comenzar a darnos una mejor imagen de planetas como el nuestro: mundos peque帽os, rocosos, potencialmente habitables, y lo que se necesita para hacerlos.

“Estamos al borde de una explosi贸n de nuestro conocimiento de las atm贸sferas de los exoplanetas”, dijo Johanna Teske, cient铆fica del personal de la Instituci贸n Carnegie de Washington que codirige un equipo de observaci贸n de Webb con Natasha Batalha en el Centro de Investigaci贸n Ames de la NASA en California.

鈥淪abremos algo m谩s que solo su masa o tama帽o, y solo que existen鈥, dijo Teske. 鈥淓stamos empezando a ser capaces de mover la lupa鈥.

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Mirando hacia viveros planetarios, planetas juveniles

Una gran pregunta para los astr贸nomos: 驴C贸mo se forman los planetas? Webb utilizar谩 uno de sus instrumentos m谩s sensibles, el instrumento de infrarrojo medio (MIRI), para examinar los discos de gas y polvo que se arremolinan alrededor de las estrellas j贸venes.

Los cient铆ficos quieren entender por qu茅 estos discos parecen tener anillos y espacios, dice Charles Beichman, director ejecutivo del Instituto de Ciencias de Exoplanetas de la NASA en Caltech y un actor clave en varios programas de observaci贸n de Webb. 鈥溌縀st谩n los planetas en proceso de formaci贸n abriendo estos huecos?鈥 茅l pide.

Beichman y otros investigadores tambi茅n buscar谩n restos polvorientos de formaci贸n de planetas en sistemas distantes para saber si se parecen a nuestro propio cintur贸n de Kuiper, a los enjambres de posibles cometas en nuestro sistema solar exterior o al cintur贸n de asteroides entre Marte y J煤piter.

Varios programas se centrar谩n en planetas j贸venes de alta temperatura, a煤n en proceso de enfriamiento y contracci贸n despu茅s de la formaci贸n.

Un espectro de transmisi贸n de un exoplaneta gigante y caliente, WASP-96 b, que revela la presencia de gases en su atm贸sfera, incluido el vapor de agua.聽 El espectro, de la luz de las estrellas filtrada a trav茅s de la atm贸sfera del planeta, se cre贸 utilizando el generador de im谩genes de infrarrojo cercano y el espectr贸grafo sin rendija (NIRISS) del telescopio Webb, y fue una de las primeras im谩genes cient铆ficas de Webb que se publicaron.

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Usando el instrumento MIRI y el espectr贸grafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec), el grupo de investigaci贸n recopilar谩 lecturas espectrosc贸picas, esparciendo la luz de los planetas en un espectro, produciendo una especie de huella dactilar de las mol茅culas en las atm贸sferas de estos planetas.聽Eso deber铆a revelar caracter铆sticas como la qu铆mica y la presencia de nubes, y proporcionar pistas esenciales sobre c贸mo surgieron estos planetas gigantes.

Representaci贸n art铆stica del telescopio espacial James Webb desplegado en el espacio.聽
Cr茅dito: NASA

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Los a帽os intermedios: planetas grandes y peque帽os

Los planetas en una etapa madura de desarrollo podr铆an decirnos si las caracter铆sticas de los planetas en nuestro propio sistema solar, tambi茅n en sus a帽os intermedios, son comunes o raras.

Un equipo de observaci贸n de Webb planea sondear las profundidades de un “J煤piter caliente”, HD 189733 b, que ha sido observado por otros telescopios espaciales.聽Un poco m谩s grande que nuestro propio J煤piter, este planeta orbita su estrella con tanta fuerza que un “a帽o” toma solo 2 d铆as.

El equipo, que incluye a Tiffany Kataria, cient铆fica de exoplanetas del Laboratorio de Propulsi贸n a Chorro de la NASA en el sur de California, llevar谩 estas mediciones anteriores al siguiente nivel utilizando el instrumento MIRI. Los investigadores realizar谩n mediciones espectrosc贸picas y “mapas de eclipses”, capturando perfiles atmosf茅ricos en las tres dimensiones a medida que el planeta pasa frente a su estrella.

Los planetas maduros incluyen mundos m谩s peque帽os, como planetas rocosos en el rango de tama帽o de la Tierra, y planetas que son un poco m谩s grandes, pero a煤n m谩s peque帽os que Neptuno.

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鈥淓stamos interesados 鈥嬧媏n comprender la diversidad y las composiciones atmosf茅ricas de los planetas entre el tama帽o de la Tierra y Neptuno鈥, dijo Teske. 鈥’Super-Tierras’ y ‘mini-Neptunos’ son los tipos m谩s comunes de planetas en nuestra galaxia. Pero solo tenemos algunos ejemplos de mediciones atmosf茅ricas de este tipo de planetas鈥.

Con enfoque siempre puesto en la cuesti贸n persistente de la habitabilidad, particularmente en lo que respecta a las s煤per-Tierras.聽“Estos planetas que son un poco m谩s grandes que la Tierra, 驴podr铆an albergar condiciones habitables?”聽pregunta Teske.

Sondeos previos de telescopios espaciales han revelado planetas rocosos del tama帽o de la Tierra que orbitan estrellas enanas rojas peque帽as y comparativamente fr铆as.

Webb buscar谩 atm贸sferas en un grupo planetario famoso llamado TRAPPIST-1: siete planetas del tama帽o de la Tierra en 贸rbitas cerradas alrededor de una estrella de menos del 10 por ciento del tama帽o del Sol.聽Un programa cient铆fico se centrar谩 en TRAPPIST-1e, que orbita en medio de la zona habitable de TRAPPIST-1.聽Usando NIRSpec, un equipo dirigido por Nikole Lewis en la Universidad de Cornell intentar谩 obtener lecturas espectrosc贸picas de la atm贸sfera del planeta, si es que realmente tiene una.

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Despu茅s de la desaparici贸n, 驴una segunda vida para algunos sistemas planetarios?

Entre los reinos menos explorados de la existencia de exoplanetas se encuentra la etapa final. Sin embargo, un descubrimiento sorpresa reciente revel贸 un planeta en 贸rbita alrededor de una enana blanca, la c谩scara arrugada de una estrella pasada.

Un equipo de observaci贸n dirigido por el investigador de Cornell Ryan MacDonald utilizar谩 NIRSpec para buscar la firma de una atm贸sfera alrededor de este planeta del tama帽o de J煤piter, una prueba para una pregunta a煤n m谩s fascinante.

鈥淗e estado trabajando durante muchos a帽os en la perspectiva de planetas habitables alrededor de enanas blancas鈥, dijo. Eso incluir铆a buscar “biofirmas”, signos de biolog铆a activa, en planetas en sistemas que ahora se consideran muertos.

Las observaciones del telescopio Webb prometen una expansi贸n exponencial del conocimiento: biograf铆as enteras de exoplanetas, desde el nacimiento hasta la muerte y la vida nuevamente.

鈥淓l objetivo es comenzar a dar pasos en la direcci贸n de comprender estos planetas, no solo planeta por planeta, sino como una poblaci贸n completa鈥, dijo Teske. 鈥淟as capacidades sin precedentes de JWST ayudar谩n a que esto sea posible y marcar谩n el comienzo de una nueva era en la ciencia de los exoplanetas鈥.

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