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El JWST ya es reconocido por acceder a información que no se podía obtener antes. Ahora ha logrado determinar la temperatura de un exoplaneta. Los astrónomos consideran ampliamente el telescopio espacial James Webb (JWST) como el pináculo de los telescopios espaciales. El telescopio más grande y potente jamás lanzado al espacio, es el sucesor del telescopio espacial Hubble.
Muchos creen que con el JWST, podremos observar regiones más distantes del universo que nunca. Comprende varias cámaras y espectrómetros que pueden detectar radiación infrarroja. Algunos de estos instrumentos incluyen el espectrógrafo infrarrojo cercano (NIRSPEC), el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) y la cámara infrarroja cercana (NIRCAM).
Los científicos esperan obtener información que nos ayude a determinar cómo se veía el universo temprano, junto con la formación y evolución de las galaxias, y el nacimiento de estrellas dentro de gas y polvo nebuloso.
Sin embargo, otra misión esencial del JWST es investigar las atmósferas de los exoplanetas y determinar si los planetas observados tienen los ingredientes necesarios para aconsejar la vida.
El 27 de marzo de 2023, el JWST logró medir la temperatura diurna de un exoplanet rocoso, Trappist-1 b. En este artículo, veremos cómo el JWST logró esto.
La ilustración de un artista del planeta Trappist-1 B, con su lado siempre enfrentando a su estrella matriz. El JWST recientemente logró medir su temperatura (créditos: punteado yeti/shutterstock)
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Medir teóricamente la temperatura de un planeta
En teoría, podemos medir la temperatura de los cuerpos celestes utilizando una ley llamada Ley Stefan-Boltzmann. Esta ley relaciona la temperatura de un cuerpo con su flujo (una medida de la cantidad de luz que emite).
Entonces, para calcular teóricamente la temperatura de un planeta, necesitamos encontrar el flujo de su estrella principal (que se puede medir), la distancia entre ese planeta y su estrella, y el 'albedo' del planeta. El albedo es una cantidad que explica la fracción de la luz de la estrella reflejada en un planeta.
Un planeta con un albedo de 1 (uno) reflejaría perfectamente todo incidente de luz, mientras que uno con 0 (cero) albedo absorbería todo incidente de radiación en él.
Este diagrama muestra cómo la luz solar es reflejada y absorbida por las nubes y la superficie de la tierra. El albedo explica cuánto de esta luz solar se refleja. (Créditos: Valentinakru/Shutterstock)
Los astrónomos determinan la temperatura del planeta utilizando el valor de albedo del planeta y el flujo total de su estrella host.
Este método para calcular la temperatura del planeta es un enfoque simple y bastante crudo, ya que no tiene en cuenta los procesos y mecanismos físicos internos en la atmósfera del planeta, como su redistribución de calor. Tampoco considera el hecho de que el lado cercano y lejano del planeta en relación con la estrella tendrá diferentes temperaturas.
Sin embargo, podemos desarrollar modelos que tengan en cuenta el efecto de la atmósfera redistribuyendo el calor alrededor del planeta. Estos modelos también pueden explicar el impacto del bloqueo de las mareas, cuando un lado del planeta enfrenta la estrella para siempre, e incluso el color de la superficie del planeta (cuanto más oscuro sea, más radiación del espacio se absorberá).
Medir la temperatura de un planeta usando Miri
El JWST consta de varias cámaras y espectrómetros a bordo. Usando el instrumento de infrarrojo medio (MIRI), que consiste en una cámara y un espectrógrafo, se midió la temperatura de los días del planeta Trappist-1 B.
Este es un modelo del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) presente en el JWST (Créditos: Wikimedia Commons)
El Miri realizó las observaciones fotométricas de Trappist-1 B justo cuando comenzó su eclipse secundario. Un eclipse secundario se refiere cuando un Exoplanet comienza a ir detrás de su estrella anfitriona, según lo visto por un observador como el JWST. El JWST tomó las observaciones usando el filtro F1500W del MIRI. Este filtro permite detectar la radiación infrarroja de longitudes de onda particulares, como las que los científicos esperan ver de los exoplanetas.
Como Trappist-1 B es un planeta, no emite ninguna luz propia. Sin embargo, brilla cuando se observa en el rango de infrarrojos. El MIRI es, por lo tanto, una herramienta de observación ideal para exoplanetas. Al detectarlo en infrarrojos, podemos encontrar su flujo o brillo.
El MIRI, utilizando el filtro F1500W, observó Trappist-1 B durante cinco casos diferentes de observaciones secundarias. Los datos de observación consisten en la medición de brillo del planeta en la radiación infrarroja. Luego, los científicos lo reducen y lo optimizan utilizando software de computadora y obtienen una 'curva de luz' del exoplanet.
Este diagrama da un ejemplo de una curva de luz. Este es el obtenido al observar el Exoplanet Trappist-1 C, mientras que sufre eclipse secundario. (Créditos: el telescopio espacial James Webb de la NASA)
La curva de luz muestra cómo disminuye el flujo infrarrojo cuando comienza el eclipse secundario. Antes de que comience este eclipse, el JWST registra el brillo del Star Trappist-1 y su Exoplanet Trappist-1 b. Sin embargo, a medida que el planeta comienza a moverse detrás de su estrella, está oscurecido desde la vista del telescopio. Aparece como una ligera disminución en el brillo observado por el JWST. Esta reducción en el brillo se produce como una pequeña caída en la curva de luz.
Para obtener la temperatura del planeta, los astrónomos primero miden esta disminución en el brillo, también llamada profundidad del eclipse, utilizando la curva de luz del Exoplanet. Encuentran el flujo del planeta durante el día usando este valor de profundidad. Los astrónomos luego usaron la ley de radiación de Planck para determinar la temperatura.
Utilizando este método, la temperatura de los días de la exoplaneta, Trappist-1 B, se estimó en alrededor de 503 K.
Temperatura y atmósfera de Trappist-1 B
Este diagrama proporciona una comparación de la temperatura de TRAPPIST-1 B medida utilizando el JWST con el obtenido utilizando modelos de computadora. También destaca la temperatura de la Tierra y Mercury (créditos: el telescopio espacial James Webb de la NASA)
Mientras tanto, los modelos de computadora muestran que si no tuviera una atmósfera con una distribución de calor adecuada, Trappist-1 B tendría una temperatura ligeramente por encima de 500 K. Sin embargo, si Trappist-1 B tuviera una atmósfera que distribuye el calor de manera uniforme, su temperatura diurna se acercaría a 400 K.
La comparación de esos modelos parece implicar que Trappist-1 B es más probable que sea un planeta rocoso sin atmósfera. Si tuviera una atmósfera, el calor se extendería de manera uniforme, bajando su temperatura durante el día.
Esta hazaña del JWST es solo el comienzo. Su capacidad para encontrar un eclipse secundario es en sí mismo un logro masivo. Al medir la temperatura de un planeta, podemos descubrir si tiene una atmósfera, que es un paso esencial para determinar si un planeta podría albergar la vida.
Con más observaciones de otros planetas, aprenderemos más sobre las posibilidades de que la vida evolucione en otros planetas. Descubrir más sobre los orígenes de la vida es también una de las misiones de JWST. Los científicos esperan que esta nueva generación de observación pueda proporcionar más información sobre las propiedades de las atmósferas presentes en otras exoplanetas en el cosmos.
Referencias (haga clic para expandir)
- Astronomía del sistema solar, conferencia número 8.
- James Webb Space Telescope | Universidad de Arizona.
- Instrumento de infrarrojo medio (MIRI) – James Webb Space Telescope.
- James Webb Space Telescope Science.
- Webb de la NASA mide la temperatura de un rocoso …
- TP Greene. (2023) [2303.14849] Emisión térmica del tamaño de la tierra …