Se publica el primer análisis espectroscópico directo de la superficie de un exoplaneta rocoso con datos del telescopio espacial James Webb: LHS 3844 b, una supertierra un 30% mayor que la nuestra

Desde que el telescopio espacial James Webb comenzó operaciones científicas en 2022, ha analizado la luz que pasa a través de las atmósferas de decenas de exoplanetas, revelando nubes, vapores de agua y moléculas orgánicas en mundos distantes. Pero hasta ahora, JWST siempre había estudiado lo que rodea a los planetas, no los planetas en sí.

Esta semana, un equipo liderado por Sebastian Zieba del Center for Astrophysics de Harvard y Laura Kreidberg del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg publicó en Nature Astronomy un estudio que cruza una nueva frontera: el primer análisis espectroscópico directo de la superficie de un planeta más allá de nuestro sistema solar. Lo que encontraron fue una sorpresa: no un mundo rico en minerales brillantes ni en actividad volcánica reciente, sino una roca oscura, desnuda y sin atmósfera, que podría ser el gemelo aumentado de Mercurio.

LHS 3844 b: un planeta extremo a 48 años luz

LHS 3844 b fue descubierto en 2019 orbitando una estrella enana roja a tan solo 48,5 años luz de la Tierra, una distancia astronómicamente pequeña que lo convierte en uno de los exoplanetas rocosos más accesibles para estudio detallado. Sus características son extremas incluso para los estándares de los exoplanetas: orbita su estrella a una distancia de apenas tres diámetros estelares, completando una vuelta completa en menos de 11 horas.

Esa proximidad tiene dos consecuencias directas. La primera es el bloqueo por marea: el planeta siempre muestra la misma cara a su estrella, igual que la Luna siempre muestra la misma cara a la Tierra. El lado iluminado recibe una cantidad enorme de radiación de forma continua y alcanza temperaturas de unos 725 grados Celsius (suficiente para fundir el plomo y el zinc). El lado oscuro, en cambio, nunca recibe luz directa. La segunda consecuencia es que la cercanía a la estrella debería haber evaporado cualquier atmósfera que el planeta hubiera podido tener originalmente.

Estudios anteriores con el telescopio espacial Spitzer ya habían confirmado que LHS 3844 b carecía de atmósfera densa. Lo que no se había podido hacer hasta ahora era analizar de qué está hecha su superficie. Eso requería medir la radiación infrarroja emitida por el planeta a distintas longitudes de onda, un análisis espectroscópico que solo JWST tiene la sensibilidad suficiente para realizar a esa distancia.

El método: eclipses secundarios e infrarrojo de media resolución

¿Cómo se detectan los exoplanetas? En general, por las diferencias en la luz cuando pasan por delante y por detrás de su estrella. El equipo observó tres eclipses secundarios de LHS 3844 b: los momentos en que el planeta pasa detrás de su estrella. Al restar la luz del sistema antes y después del eclipse de la luz durante el eclipse (cuando solo se ve la estrella), se obtiene la emisión infrarroja del propio planeta.

Haciendo eso a múltiples longitudes de onda con el instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) de JWST, se construye un espectro de la superficie del planeta. Ese espectro es como una huella dactilar mineralógica: distintos tipos de roca emiten la radiación infrarroja de forma diferente según su composición química. Comparando el espectro observado con una biblioteca de espectros de laboratorio de distintos tipos de roca (granito, basalto, roca mantélica, lava), el equipo pudo identificar de qué está hecha la superficie.

El resultado fue inequívoco. El espectro de LHS 3844 b es oscuro y prácticamente sin rasgos espectrales nítidos, incompatible con una corteza de tipo terrestre rica en silicatos. En cambio, es consistente con roca basáltica o de manto (roca volcánica de baja reflectividad) que probablemente ha sido «meteorizada espacialmente» durante millones de años por la radiación y los impactos de micrometeoritos, el mismo proceso que oscurece la superficie de la Luna y de Mercurio.

«Gracias a la increíble sensibilidad de JWST, podemos detectar luz que proviene directamente de la superficie de este distante planeta rocoso», señaló Kreidberg. «Vemos una roca oscura, caliente y árida, desprovista de cualquier atmósfera».

El nacimiento de la exogeología con un planeta rocoso sin atmósfera

El estudio representa el inicio de un campo completamente nuevo: la exogeología, el estudio de la geología de planetas fuera de nuestro sistema solar. Hasta ahora, la ciencia de los exoplanetas se ha centrado casi exclusivamente en las atmósferas (cuando existen) o en los parámetros orbitales y de masa. Estudiar directamente de qué están hechas las superficies de los planetas rocosos es el siguiente paso lógico en la caracterización de los mundos que podrían albergar vida.

Un planeta sin atmósfera y cubierto de basalto no es candidato a la habitabilidad, pero el método desarrollado por Zieba y Kreidberg podrá aplicarse a planetas en zonas habitables de sus estrellas. «Descifrar las propiedades geológicas de planetas que orbitan estrellas distantes es el siguiente paso para revelar su naturaleza», concluyó Zieba. El equipo ya ha obtenido observaciones adicionales de JWST de LHS 3844 b que les permitirán refinar la caracterización de su superficie y aplicar la técnica a otros planetas rocosos en los próximos años.

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