El telescopio espacial James Webb ha capturado las primeras imágenes directas de dióxido de carbono en un planeta fuera del sistema solar. El hallazgo ha sido realizado en HR 8799, un sistema de varios planetas orbitando alrededor de una estrella a 130 años luz de distancia de la Tierra. Durante mucho tiempo, este sistema ha sido un objetivo clave para los estudiosos de la formación de los planetas.

Estas observaciones, que aparecen esta semana en The Astrophysical Journal, proporcionan evidencias sólidas de que los cuatro planetas gigantes de este sistema se formaron de manera similar a Júpiter y Saturno, mediante la acumulación lenta de núcleos sólidos. También confirman que el James Webb puede hacer algo más que inferir la composición atmosférica a partir de mediciones de la luz estelar, como se ha hecho habitualmente. El Telescopio Espacial puede analizar directamente la química de las atmósferas de los exoplanetas.

«Al detectar las características del dióxido de carbono, hemos demostrado que hay una fracción considerable de elementos más pesados, como el carbono, el oxígeno y el hierro, en las atmósferas de estos planetas», dijo William Balmer, astrofísico de la Universidad Johns Hopkins (EEUU) e investigador principal. «Dado lo que sabemos sobre la estrella que orbitan, eso probablemente indica que se formaron mediante acreción de núcleo, lo cual, para los planetas que podemos ver directamente, es una conclusión emocionante».

HR 8799 es un sistema joven, de aproximadamente 30 millones de años, una pequeñísima parte de los 4 600 millones de años de nuestro propio sistema solar. Aún calientes por su violenta formación, los planetas del HR 8799 emiten grandes cantidades de luz infrarroja que proporcionan a los científicos datos valiosos sobre cómo su formación se compara con la de las enanas marrones, un cuerpo celeste a medio camino entre el planeta y la estrella.

Entender nuestro propio sistema solar

Los planetas gigantes pueden formarse de dos maneras: acumulando lentamente núcleos sólidos que atraen gas, como en nuestro sistema solar, o colapsando rápidamente a partir del disco de enfriamiento de una estrella joven. Saber qué modelo es más común puede dar pistas a los científicos para diferenciar los tipos de exoplanetas en otros sistemas.

«Nuestra esperanza con este tipo de investigación es entender nuestro propio sistema solar, la vida y a nosotros mismos en comparación con otros sistemas exoplanetarios, para así contextualizar nuestra existencia», explicó Balmer en un comunicado. «Queremos tomar imágenes de otros sistemas solares y ver en qué se parecen o diferencian del nuestro. A partir de ahí, podemos tratar de entender cuán extraño o normal es realmente nuestro sistema solar».

Muy pocos exoplanetas han sido fotografiados directamente, ya que los planetas distantes son miles de veces más tenues que sus estrellas. Al capturar imágenes directas en longitudes de onda específicas solo accesibles con Webb, el equipo está allanando el camino para observaciones más detalladas que determinen si los objetos que ven orbitando otras estrellas son verdaderamente planetas gigantes o enanas marrones, que se forman como estrellas pero no acumulan suficiente masa para iniciar la fusión nuclear.

«Tenemos otras líneas de evidencia que apuntan a que estos cuatro planetas de HR 8799 se formaron mediante este método, de abajo a arriba», dijo Laurent Pueyo, astrónomo del Space Telescope Science Institute y coautor del estudio. «¿Cómo de común es esto para los planetas que podemos observar directamente? Aún no lo sabemos, pero estamos proponiendo más observaciones con Webb, inspiradas en nuestro diagnóstico de dióxido de carbono, para responder a esa pregunta».

Revelar mundos ocultos

Este logro fue posible gracias a los coronógrafos de Webb, que bloquean la luz de estrellas brillantes, como ocurre en un eclipse solar, para revelar mundos que de otro modo permanecerían ocultos. Esto permitió al equipo buscar luz infrarroja en longitudes de onda que revelan gases específicos y otros detalles atmosféricos.

Además de este importante descubrimiento, el equipo de investigadores del que formaba parte la astrofísica gallega Raquel Rebollido acabó encontrando otro feliz hallazgo. Por primera vez detectaron dos planetas (8799 e y 51 Eridani b), demostrando la sensibilidad del telescopio Webb para observar objetos tenues cerca de estrellas brillantes. Ahora, estos científicos esperan usar los coronógrafos de Webb para analizar más planetas gigantes y comparar su composición con modelos teóricos.

«Estos planetas gigantes tienen implicaciones bastante importantes», dijo Balmer. «Pueden alterar, proteger o hacer un poco de ambas cosas con planetas como el nuestro. Por lo tanto, comprender más sobre su formación es un paso crucial para entender la formación, supervivencia y habitabilidad de planetas similares a la Tierra en el futuro».