Astrónomos descubrieron que el planeta gigante WASP-189b refleja la composición química de su estrella anfitriona, aportando la primera prueba directa de un concepto fundamental en astrobiología. Este descubrimiento fue posible gracias a la primera medición simultánea de magnesio y silicio en estado gaseoso en la atmósfera de un planeta. El equipo utilizó el telescopio Gemini Sur, una mitad del Observatorio Internacional Gemini, financiado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. y que opera NOIRLab de NSF.
A casi 320 años luz de distancia, en la constelación de Libra, se encuentra WASP-189b, un exoplaneta clasificado como Júpiter ultra caliente (UHJ, por sus siglas en inglés). Estos mundos alcanzan temperaturas tan extremas que pueden vaporizar elementos formadores de rocas como el magnesio (Mg), el silicio (Si) y el hierro (Fe). Esto ofrece una oportunidad única para detectarlos mediante espectroscopía, la técnica que descompone la luz en sus distintas longitudes de onda para identificar la presencia de sustancias químicas.
Un equipo internacional de astrónomos dirigido por Jorge Antonio Sanchez, estudiante de posgrado de la Universidad Estatal de Arizona (ASU), observó a WASP-189b con el espectrógrafo infrarrojo de alta resolución Immersion GRating INfrared Spectrograph (IGRINS) mientras estuvo instalado en el telescopio Gemini Sur en Chile. Este potente instrumento permitió medir simultáneamente el contenido de magnesio y silicio de la atmósfera del exoplaneta. Es la primera vez que se realiza una medición de este tipo, y los datos revelan que WASP-189b presenta la misma proporción de magnesio y silicio que su estrella anfitriona. Este hallazgo aporta la primera prueba observacional de una hipótesis ampliamente aceptada sobre la formación planetaria y abre una nueva vía para comprender cómo se forman y evolucionan los exoplanetas.
“Estos descubrimientos demuestran la capacidad de Gemini para ayudarnos a comprender las características del extraordinario zoológico de exoplanetas que hay en nuestra vecindad solar”, afirma Chris Davis, Director del Programa NSF para NOIRLab, y añade: “Estos descubrimientos sólo son posibles gracias a los instrumentos de vanguardia de Gemini”.
Se cree que los planetas gigantes calientes como WASP-189b poseen una capa exterior gaseosa cuya composición química está influenciada por el disco de material donde se formaron, conocido como disco protoplanetario. Y los investigadores suponen que la proporción de elementos formadores de rocas en un disco protoplanetario coincide con la de la estrella anfitriona, ya que ambos nacieron de la misma nube primordial de material.
Esta relación química inferida entre una estrella y los planetas que se forman a su alrededor se utiliza comúnmente para modelar la composición de los exoplanetas rocosos. Hasta ahora, sin embargo, esta relación se basaba en mediciones realizadas dentro de nuestro Sistema Solar y no se había observado directamente en planetas de otros lugares.
“WASP-189b nos proporciona un punto de referencia observacional muy necesario para comprender la formación de los planetas terrestres, ya que ofrece una cantidad medible que valida la supuesta similitud entre la composición estelar y la proporción de material rocoso alrededor de las estrellas anfitrionas utilizada para formar planetas”, afirma Sánchez.
Esta suposición no sólo es clave para entender cómo se forman los planetas, sino que también para la astrobiología, disciplina que estudia los entornos habitables en el Sistema Solar. Al medir la composición química de una estrella, los científicos pueden inferir la abundancia de elementos formadores de rocas en sus exoplanetas, lo que ayuda a determinar las condiciones geoquímicas que podrían hacerlos habitables. Por ejemplo, en la Tierra, estos elementos son en parte responsables de la existencia de nuestro campo magnético protector, de la tectónica de placas y de la liberación de sustancias químicas que sostienen la vida en la atmósfera, los océanos y el suelo.
A medida que la investigación en exoplanetas se orienta hacia la caracterización de mundos terrestres y la búsqueda de condiciones habitables de los planetas rocosos, contar con pruebas empíricas que validen la relación entre las composiciones estelares y planetarias representan un avance fundamental. El nivel de resolución espectral necesario para estos estudios sólo está disponible actualmente en los telescopios terrestres.
“Nuestro estudio demuestra la capacidad de los espectrógrafos terrestres de alta resolución para restringir la presencia de especies críticas como el magnesio y el silicio, dos elementos fundamentales en la formación de los planetas rocosos”, señala el coautor del estudio Michael Line, Profesor Asociado de la ASU. “Esta capacidad avanzada abre una dimensión completamente nueva en el estudio de las atmósferas de exoplanetas”.
Observaciones adicionales de alta resolución y en múltiples longitudes de onda permitirán estudiar con mayor detalle atmósferas de exoplanetas como la de WASP-189b y revelar el inventario químico completo de mundos lejanos. Estos trabajos contribuirán a comprender mejor las condiciones que rigen los orígenes, la evolución y la habitabilidad potencial de los planetas.