La migración de un exoplaneta deja una huella química en su atmósfera

Ilustración del planeta HD 209458b con los seis elementos encontrados en su atmósfera: agua (H2O), monóxido de carbono (CO), cianuro de hidrógeno (HCN), metano (CH4), amoniaco (NH3) y acetileno (C2H2). / Marco Galliani, MediaInaf

Un equipo internacional de científicos, liderados por el investigador Paolo Giacobbe del Instituto Nacional de Astrofísica Italiano (INAF), ha estudiado la composición química de la atmósfera de un planeta extrasolar con un detalle sin precedentes.

Su estudio, publicado en la revista Nature, ha revelado por primera vez la presencia simultánea de seis componentes químicos (agua, monóxido de carbono, cianuro de hidrógeno, metano, amoniaco y acetileno) en la atmósfera de un planeta tipo Júpiter caliente: HD 209458b, que orbita la estrella HD 209458 en la constelación de Pegaso a unos 150 años luz de nuestro sistema solar.

La presencia de estas moléculas indica que la atmósfera del planeta es más rica en carbono que en oxígeno, por lo que, según los autores y los modelos actuales, HD 209458b se ha formado a una distancia superior de su estrella central y más tarde ha migrado a su posición actual, más cerca de ella.

El descubrimiento ha sido posible gracias a observaciones realizadas con el instrumento GIANO-B instalado en el Telescopio Nazionale Galileo (TNG) en el Roque de Los Muchachos, en La Palma (Canarias), y combinadas con una técnica innovadora de análisis de datos.

El Telescopio Nazionale Galileo (TNG) opera desde el Roque de Los Muchachos, en La Palma (Canarias). / A. Harutyunian – TNG

HD 209458b tiene una densidad inferior a la de Júpiter y orbita alrededor de su estrella a una distancia ligeramente superior a 7 millones de kilómetros (veinte veces menor a la distancia TierraSol). Esto hace que la temperatura del planeta sea muy alta, alrededor de 1200 °C.

Observación de los tránsitos

Su período orbital es de tan sólo 3,5 días, lo que facilita la observación del exoplaneta mediante el método del tránsito. En concreto, el equipo ha recogido datos durante cuatro tránsitos planetarios de HD 209458b, observando con GIANO-B en la parte correspondiente al infrarrojo cercano del espectro electromagnético.

Mientras el planeta transita por delante de su estrella, la luz proveniente de esta se filtra a través de la atmósfera permitiendo observar las huellas características de las moléculas que la forman.

Un espectro de transmisión permitió a los astrónomos estudiar la composición de la atmósfera del planeta en la región que separa la parte iluminada por su estrella de la parte no iluminada en el planeta, conocida como línea del terminador. Los espectros realizados con GIANO-B permitieron identificar por primera vez de manera simultánea las seis moléculas en la atmósfera de HD 209458b gracias a las miles de líneas espectrales obtenidas.

Dentro de la cúpula del telescopio TNG está montado el instrumento GIANO-B. / A. Harutyunian -TNG

Según los modelos teóricos actuales de atmósferas exoplanetarias, el hallazgo de tantas moléculas en la atmósfera de HD 209458b es el que indica una química atmosférica más rica en carbono que en oxígeno.

Esta característica es la que sugiere que el planeta se formó más allá de la línea de nieve, a unas cuantas unidades astronómicas de su estrella central, donde el gas del disco protoplanetario se espera que sea más rico en carbono.

Por comparar con nuestro sistema solar, HD 209458b se habría formado más allá de la órbita de Marte, probablemente entre las órbitas de Júpiter y Saturno. Más tarde, habría migrado hacia su estrella central a la distancia donde hoy en día lo observamos, a una décima parte de la distancia entre el Sol y Mercurio.

Estos resultados, obtenidos como parte del programa de Arquitecturas Globales de Sistemas Planetarios de INAF (GAPS, por sus siglas en inglés),  validan las teorías de que planetas del tipo Júpiter caliente se pueden haber formado a una distancia muy superior a la posición actual en la que se encuentran.

Referencia:

Paolo Giacobbe et al. “Five carbon- and nitrogen-bearing species in a hot giant planet’s atmosphere”. Nature, 2021.

Fuente: TNG-IAC