Nuevas observaciones de Trappist-1 b desafían la detección de atmósferas planetarias

Mediciones recientes con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) arrojan dudas sobre la comprensión actual de la naturaleza del exoplaneta rocoso cercano Trappist-1 b, al aparecer indicios de vulcanismo extremo o tectónica de placas

Hasta ahora se suponía que era un planeta oscuro y rocoso sin atmósfera, formado por un impacto cósmico de radiación y meteoritos que duró miles de millones de años. Lo contrario parece ser cierto. La superficie no muestra signos de erosión, lo que podría indicar actividad geológica como vulcanismo y tectónica de placas.

Alternativamente, también es viable un planeta con una atmósfera nebulosa compuesta de dióxido de carbono. Los resultados demuestran los desafíos que supone determinar las propiedades de exoplanetas con atmósferas finas.

Trappist-1 b es uno de los siete planetas rocosos que orbitan alrededor de la estrella Trappist-1, ubicada a 40 años luz de distancia. El sistema planetario es único porque permite a los astrónomos estudiar siete planetas similares a la Tierra desde una distancia relativamente cercana, tres de ellos en la llamada zona habitable. Esta es el área de un sistema planetario donde un planeta podría tener agua líquida en la superficie. Hasta la fecha, diez programas de investigación han apuntado a este sistema con el telescopio espacial James Webb (JWST) durante 290 horas.

El estudio actual, en el que participan de manera significativa investigadores del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, fue dirigido por Elsa Ducrot del Commissariat aux Énergies Atomiques (CEA) en París, Francia.

Este estudio utiliza mediciones de la radiación infrarroja térmica (esencialmente radiación de calor) del planeta Trappist-1 b con MIRI (Mid-Infrared Imager) en el JWST y ahora ha sido publicado en la revista Nature Astronomy. Incluye los resultados del año pasado, en los que se basaron las conclusiones anteriores, que describen a Trappist-1 b como un planeta rocoso oscuro sin atmósfera.

"Sin embargo, la idea de un planeta rocoso con una superficie muy erosionada y sin atmósfera no se corresponde con las mediciones actuales", afirma el astrónomo del MPIA Jeroen Bouwman, coresponsable del programa de observación. "Por lo tanto, pensamos que el planeta está cubierto de material relativamente inalterado". Normalmente, la superficie se desgasta por la radiación de la estrella central y los impactos de meteoritos. Sin embargo, los resultados sugieren que la roca de la superficie tiene como máximo unos 1.000 años, mucho menos que el propio planeta, que se estima que data de varios miles de millones de años.

Esto podría indicar que la corteza del planeta está sujeta a cambios dramáticos, lo que podría explicarse por un vulcanismo extremo o por la tectónica de placas. Aunque actualmente tal escenario sigue siendo hipotético, es plausible. El planeta es lo suficientemente grande como para que su interior haya retenido calor residual de su formación, como ocurre con la Tierra.

El efecto de marea de la estrella central y los otros planetas también puede deformar a Trappist-1 b de modo que la fricción interna resultante genere calor, similar a lo que vemos en Io, la luna de Júpiter. Además, sería concebible un calentamiento inductivo por el campo magnético de la estrella cercana.

"Los datos también permiten una solución completamente diferente", afirma en un comunicado Thomas Henning, director emérito del MPIA. Fue uno de los principales arquitectos del instrumento MIRI. "Al contrario de lo que se pensaba anteriormente, existen condiciones en las que el planeta podría tener una atmósfera espesa y rica en dióxido de carbono (CO2)", añade. Un papel clave en este escenario es la neblina de los compuestos de hidrocarburos, es decir, el smog, en la atmósfera superior.

Los dos programas de observación, que se complementan en el estudio actual, fueron diseñados para medir el brillo de Trappist-1 b en diferentes longitudes de onda en el rango infrarrojo térmico (12,8 y 15 micrómetros). La primera observación fue sensible a la absorción de la radiación infrarroja del planeta por una capa de CO2. Sin embargo, no se midió ninguna atenuación, lo que llevó a los investigadores a concluir que el planeta no tiene atmósfera.

El equipo de investigación realizó cálculos de modelos que muestran que la neblina puede revertir la estratificación de temperatura de una atmósfera rica en CO2. Normalmente, las capas inferiores, a nivel del suelo, son más cálidas que las superiores debido a la mayor presión. A medida que la neblina absorbe la luz de las estrellas y se calienta, calentaría las capas atmosféricas superiores, respaldado por un efecto invernadero. Como resultado, el dióxido de carbono emite radiación infrarroja.