Un mundo a poco más de 300 años luz de distancia ha arrojado la primera detección de isótopos en la atmósfera de un exoplaneta.
Visualización hipotética de TYC 8998-760-1 b. (Catálogo de exoplanetas de la NASA).
En la neblina alrededor de un exoplaneta gaseoso llamado TYC 8998-760-1 b, los astrónomos detectaron una forma de carbono conocida como carbono-13. Este descubrimiento sugiere que el mundo se formó lejos de su estrella madre, en los fríos tramos de su sistema más allá de la llamada «línea de nieve».
Según los investigadores, el descubrimiento nos brinda una nueva forma de analizar el poco entendido proceso de formación de planetas.
«Es realmente muy especial que podamos medir esto en la atmósfera de un exoplaneta, a una distancia tan grande», dijo el astrónomo Yapeng Zhang de la Universidad de Leiden en los Países Bajos.
Descubierto en 2019, TYC 8998-760-1 b ya era bastante especial. Pertenece a un grupo extremadamente raro de exoplanetas, aquellos de los que hemos podido obtener imágenes directamente.
Las estrellas son muy, muy brillantes y los planetas muy tenues en comparación, por lo que generalmente las identificamos detectando el efecto que tienen en su estrella anfitriona, ya sea gravitacionalmente o atenuando minuciosamente la luz de la estrella cuando pasan por delante.
Estas técnicas funcionan mejor para los planetas que están cerca de sus estrellas, pero TYC 8998-760-1 b orbita su estrella a una distancia considerable, alrededor de 160 unidades astronómicas. Plutón, por contexto, orbita el Sol a una distancia de 40 unidades astronómicas.
Esquemas de las observaciones de TYC 8998-760-1 b usando SINFONI en el Very Large Telescope. Crédito: Yapeng Zhang (Observatorio de Leiden).
El exoplaneta también es un gigante, registrando alrededor de 14 veces la masa de Júpiter y el doble de tamaño, lo que significa que es relativamente brillante con la luz de las estrellas reflejada. Entonces, un equipo de investigadores dirigido por Zhang examinó más de cerca para ver si la luz reflejada por la estrella podía decirles algo.
Específicamente, utilizaron un instrumento llamado Espectrógrafo para Observaciones de Campo Integral en el Infrarrojo Cercano (SINFONI) en el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en Chile. Este instrumento observa un espectro de luz.
El equipo buscaba características de absorción —líneas oscuras en un espectro que ocurren cuando ciertos elementos absorben ciertas longitudes de onda de luz—. Los científicos encontraron que las longitudes de onda absorbidas por TYC 8998-760-1 b son consistentes con el carbono-13, probablemente unido principalmente al gas monóxido de carbono.
Los isótopos son bastante interesantes. Todas son formas del mismo elemento que tienen el mismo número de protones y electrones, pero diferente número de neutrones.
El carbono 12, el isótopo de carbono estable más común, tiene seis de cada uno. El carbono 13 tiene seis protones y seis electrones, pero siete neutrones. Esto es importante porque sus vías de formación son diferentes y se comportan de manera diferente según sus condiciones ambientales.
En TYC 8998-760-1 b, los investigadores esperaban cierta abundancia de carbono. Pero la cantidad de carbono 13 que encontraron en la atmósfera del exoplaneta fue el doble de la abundancia esperada. El equipo cree que esto puede decirnos algo sobre las condiciones en las que se formó este mundo.
Ilustración de los entornos de nacimiento de planetas en un disco protoplanetario. Crédito: Yapeng Zhang (Observatorio de Leiden) / Departamento de gráficos del MPIA.
«El planeta está más de ciento cincuenta veces más lejos de su estrella madre que nuestra Tierra del Sol», explicó el astrofísico Paul Mollière del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania. «A una distancia tan grande, es posible que se hayan formado hielos con más carbono-13, lo que ha provocado la mayor fracción de este isótopo en la atmósfera actual del planeta».
Esta región estaría más allá de la línea de nieve de monóxido de carbono, la distancia desde la estrella más allá de la cual el monóxido de carbono se condensa y se congela de gas a hielo (diferentes gases tienen diferentes líneas de nieve).
Cualquier exoplaneta que se forme tan lejos del calor de la estrella incorporaría estos hielos de monóxido de carbono. Dado que los planetas conocidos en el Sistema Solar están más cerca que esta distancia del Sol, no se formarían con tanto monóxido de carbono como TYC 8998-760-1 b, postularon los investigadores.
Tenemos un fenómeno análogo aquí en el Sistema Solar, por el cual Neptuno y Urano son más ricos en deuterio, un isótopo de hidrógeno con un protón y un neutrón (el hidrógeno normal solo tiene un protón), que Júpiter. Esto se atribuye a la formación de planetas más allá de la línea de nieve del agua.
La detección de isótopos en atmósferas aún no será posible para muchos exoplanetas, pero a medida que nuestros telescopios sigan mejorando, podría surgir un nuevo medio para estudiar la formación de exoplanetas, dijeron los investigadores.
«La expectativa es que en el futuro, los isótopos ayudarán aún más a comprender exactamente cómo, dónde y cuándo se forman los planetas. Este resultado es solo el comienzo», concluyó el astrónomo Ignas Snellen de la Universidad de Leiden.
La investigación se ha publicado en Nature.
Fuente: ScienceAlert. Edición: MP.
