Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han descubierto un planeta gigante fuera de nuestro sistema solar, llamado exoplaneta, escondido dentro de uno de los sistemas planetarios más intensamente estudiados en nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Ya se sabía que la joven estrella cercana Beta Pictoris albergaba dos planetas gigantes: Beta Pictoris b, uno de los primeros exoplanetas jamás fotografiados directamente, y Beta Pictoris c. El Beta Pictoris d recientemente identificado lo convierte en el segundo sistema planetario conocido que contiene al menos tres planetas fotografiados. Sin embargo, a diferencia de Beta Pictoris byc, Beta Pictoris d no se descubrió identificando un punto de luz brillante, sino detectando la huella química única de su atmósfera, una técnica que podría transformar la búsqueda de mundos alrededor de otras estrellas.
«Este descubrimiento añade otra pieza a un sistema planetario ya fascinante», dijo Aidan Gibbs, autor principal de un nuevo estudio publicado el miércoles en Astrophysical Journal Letters e investigador postdoctoral en la Universidad de California, San Diego. «Beta Pictoris ha servido durante mucho tiempo como laboratorio para comprender cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios, y ahora tenemos otro planeta que nos ayuda a contar esa historia».
El concepto de este artista muestra el sistema Beta Pictoris con el exoplaneta gigante descubierto Beta Pictoris d a la derecha. Tiene la órbita más amplia de los tres exoplanetas conocidos dentro del sistema.
Ilustración: NASA, ESA, CSA, STScI, Ralf Crawford (STScI)
Ubicado a 63 años luz de la Tierra y a unos 23 millones de años, Beta Pictoris es un sistema cercano en la Vía Láctea que ofrece una visión poco común de las interacciones entre los planetas recién nacidos y el disco de polvo y escombros que quedó tras su formación.
El equipo estima que el recién descubierto Beta Pictoris d tiene probablemente al menos dos veces la masa de Júpiter, lo que lo convierte en el más pequeño de los tres planetas gigantes conocidos del sistema. Los modelos sugieren que probablemente gira alrededor de su estrella a unas 30 unidades astronómicas, comparable a la región ocupada por Neptuno en nuestro propio sistema solar. Es la órbita más amplia de los tres planetas conocidos, pero aún se encuentra dentro del borde interior del disco de escombros.
Aunque los astrónomos no estaban buscando otro planeta con Webb, Beta Pictoris d surgió mientras el equipo utilizaba el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) del telescopio para estudiar la atmósfera de Beta Pictoris b. Específicamente, utilizaron la Unidad de Campo Integral de NIRSpec, que obtiene tanto una imagen como un espectro de cada píxel de una imagen.
«No estábamos buscando un nuevo planeta», dijo Gibbs. «Estábamos tratando de comprender uno que ya sabíamos que existía. Entonces, esta señal reveladora apareció en los datos donde no la esperábamos».
Esta señal era una serie de picos y valles dentro de los datos espectroscópicos donde el equipo esperaba ver un espectro suave de la luz que rebotaba en el polvo. Era un patrón distintivo de líneas de absorción de monóxido de carbono, extendidas como un código de barras, una característica esperada en las atmósferas de planetas gigantes.
Dado que la espectroscopia no sólo revela la composición química, sino también el movimiento de un objeto, el equipo también pudo extraer la velocidad radial de los datos. El equipo determinó que la velocidad, la posición y la alineación del planeta con el disco de escombros eran consistentes con algo que orbitaba Beta Pictoris en lugar de una estrella de fondo o una enana marrón con monóxido de carbono en su atmósfera.
«Había una inesperada fuente de luz brillante dentro de las imágenes de la Unidad de Campo Integral, pero hemos aprendido a no confiar en las manchas brillantes en las imágenes», dijo Jean-Baptiste Ruffio, científico investigador de la Universidad de California en San Diego e investigador principal de las primeras observaciones de Webb donde se realizó el descubrimiento. «Pueden ser artefactos instrumentales u otras estructuras en el disco de escombros. Al obtener un espectro al mismo tiempo que la imagen, pudimos confirmar rápidamente nuestras sospechas».
Las observaciones de seguimiento con el MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) de Webb a través de una solicitud de tiempo discrecional del director detectaron vapor de agua y metano, lo que confirma aún más la identidad del planeta y proporciona una visión más rica de su atmósfera.
A diferencia de las imágenes tradicionales, el método espectroscópico permitió a los investigadores identificar el planeta y comenzar a estudiar su atmósfera desde la primera observación.
«Un espectro contiene una cantidad increíble de información», dijo Ruffio. «No sólo aprendes que algo es un planeta; inmediatamente comienzas a aprender sobre su temperatura, química y movimiento».
Un estudio de imágenes independiente dirigido por Ben Sutlieff de la Universidad de Edimburgo y Markus Bonse del Observatorio Europeo Austral complementa los hallazgos del equipo con datos del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral y la NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) de Webb y confirmó de forma independiente la existencia de Beta Pictoris d.
Los investigadores utilizaron la Unidad de Campo Integral NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) del Telescopio Espacial James Webb de la NASA para mapear los contenidos químicos del sistema Beta Pictoris. Como resultado, descubrieron un tercer planeta, Beta Pictoris d, que orbita alrededor de la joven estrella.
Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Leah Hustak (STScI); Ciencias: Aidan Gibbs (UC San Diego), Jean-Baptiste Ruffio (UC San Diego), Alexis Bidot (STScI); Procesamiento de imágenes: Alyssa Pagan (STScI)
El tercer planeta recién descubierto que orbita Beta Pictoris, Beta Pictoris d, se ve en imágenes reconstruidas del NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) del Telescopio Espacial James Webb de la NASA.
Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI; Ciencias: Aidan Gibbs (UC San Diego), Jean-Baptiste Ruffio (UC San Diego); Procesamiento de imágenes: Alyssa Pagan (STScI)
Beta Pictoris d permaneció oculta durante años porque se encuentra dentro de uno de los discos de escombros más brillantes conocidos.
El disco de polvo actúa como niebla, dispersando la luz de la estrella, lo que dificulta que las técnicas de imágenes convencionales distingan los planetas de las estructuras circundantes. El método espectroscópico del equipo con Webb ignoró efectivamente ese polvo, aislando sólo las estrechas firmas moleculares exclusivas de una atmósfera planetaria.
Los científicos dicen que la presencia del planeta puede ayudar a explicar por qué el famoso disco de escombros tiene un borde interior tan claramente definido y otras estructuras desconcertantes. De hecho, los astrónomos ya habían predicho la existencia de un planeta como Beta Pictoris d para explicar la estructura inusual del disco.
Más allá de ampliar nuestra comprensión de Beta Pictoris, el descubrimiento demuestra una nueva y poderosa forma de encontrar exoplanetas.
Este es el primer planeta obtenido con imágenes directas descubierto principalmente mediante espectroscopía de resolución moderada, lo que demuestra que los astrónomos pueden identificar mundos en entornos complejos a través de sus huellas dactilares atmosféricas en lugar de depender únicamente de las imágenes coronagráficas tradicionales.
Los investigadores planean continuar analizando las observaciones de Webb para determinar mejor la temperatura, la composición atmosférica y la órbita del planeta, proporcionando una vista aún más detallada de uno de los sistemas planetarios más emblemáticos de la astronomía.
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y explorando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
Para obtener más información sobre Webb, visite:
https://science.nasa.gov/webb
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