noviembre 2021,Telescopio espacial James Webb(JWST) se encuentra en el tan esperado viaje espacial.Este observatorio de próxima generación utilizará equipos infrarrojos avanzados para observar el universo y revelar muchas cosas nunca antes vistas.que se incorporará en 2024.Telescopio espacial romano Nancy Grace(RST), la sucesora de la misión Hubble, que tendrá un campo de visión 100 veces mayor que el del Hubble y tiempos de observación más rápidos.
Esta herramienta hará una gran contribución a muchos campos de investigación, al menos uno de los cuales es el descubrimiento y la caracterización.exoplaneta.Sin embargo, incluso con ópticas y capacidades avanzadas, estas misiones no pueden escudriñar la superficie de los exoplanetas en detalle.Sin embargo, con el equipo de la UC Santa Cruz (UCSC)Centro de Investigación de Ciencias Espaciales(SSI) ha desarrollado una herramienta para detectar la superficie subóptima del exoplaneta sin visualización directa.
Un artículo que describe su investigación titulado “Cómo identificar superficies de exoplanetas utilizando especies de rastreo atmosférico en una atmósfera dominada por hidrógeno”, publicado recientemente en el Astrophysical Journal.Como señalaron, el equipo estaba tratando de desarrollar un método para estudiar las superficies de los exoplanetas en función de su composición atmosférica.Esto es necesario porque ninguno de los próximos telescopios espaciales tiene la capacidad de estudiar indirectamente las características de la superficie de los exoplanetas.
Pero estos mismos telescopios serían excelentes herramientas para determinar la composición de las atmósferas de los exoplanetas.Además de los telescopios espaciales James Webb y Roman, muchos observatorios terrestres de próxima generación estarán operativos en los próximos años y tendrán capacidades similares.Éstos incluyen:telescopio extra grande(ELT),telescopio de magallanes gigante(GMT) ytelescopio de 30 metros(TMT).
La combinación de alta sensibilidad, autopsia y óptica adaptativa permite que estas estaciones:imagen directaEl estudio de exoplanetas en el que se estudia la luz reflejada directamente desde la atmósfera del exoplaneta para determinar la composición de la atmósfera.Esto ayudará a los astrónomos y astrobiólogos a establecer límites más estrictos sobre qué exoplanetas son “potencialmente habitables” y cuáles no.
Sin embargo, las condiciones que consideramos requisitos previos para la vida también incluyen procesos geológicos como el vulcanismo y la tectónica de placas, que pueden identificarse a partir de las características superficiales involucradas.Aunque es posible que no podamos identificar esto en un futuro cercano,tu cantando(becaria postdoctoral en Ciencias Planetarias y de la Tierra en la UCSC) y sus colegas han propuesto un método novedoso para determinar las características de la superficie en función de los gases atmosféricos abundantes.
Como explicó el Dr. Yu a Universe Today por correo electrónico, la inspiración para este método provino de dos objetos en el sistema solar: Júpiter y Titán (las lunas más grandes de Saturno).Ambas sustancias son amoníaco (NHTres) y metano (CH4) – juega un papel importante en el proceso de espera.Yu dijo:
“Titán tiene una superficie fría y poco profunda con poco amoníaco y metano, mientras que la atmósfera de Júpiter tiene mucho amoníaco y metano.¿Por qué está pasando esto?En las atmósferas superiores de Júpiter y Titán, los fotones UV destruyen constantemente el amoníaco y el metano para formar nitrógeno (en el caso del amoníaco) e hidrocarburos más complejos (en el caso del metano).En Titán, el nitrógeno formado fotoquímicamente y los hidrocarburos complejos continúan formándose y acumulándose”.
En resumen, el metano y el amoníaco se destruyen en la atmósfera de Titán y luego se consumen para formar nitrógeno e hidrocarburos.Esto es lo que hace que el nitrógeno se convierta en el gas dominante en la atmósfera de Titán (98% en volumen) y deposite altos niveles de hidrocarburos en su superficie, creando un ambiente rico en materia orgánica.Debido al frío extremo de la superficie de Titán, este proceso de transformación es irreversible.
Júpiter, por otro lado, tiene amoníaco y metano en su densa atmósfera, pero no tiene superficie.Como explicó Yu, esto da como resultado un proceso algo diferente que involucra a las especies.
“Debido a que Júpiter no tiene superficie, su atmósfera se extiende a miles de presiones superficiales de la Tierra y miles de Kelvin.El nitrógeno formado por fotoquímica e hidrocarburos complejos en la atmósfera superior puede migrar a esta parte profunda y caliente de la atmósfera.Allí pueden combinar hidrógeno para reformar metano y amoníaco.El metano y el amoníaco reformados se “reciclan” a la atmósfera superior.Este ciclo continúa reponiendo el metano y el amoníaco destruidos”.
Otro punto señalado por Yu y su equipo se relaciona con el censo actual de exoplanetas.La mayoría de los exoplanetas descubiertos hasta ahora han sido el pequeño Neptuno, un planeta con una masa menor que Neptuno pero con una atmósfera densa dominada por hidrógeno y helio.Realmente,4.401 exoplanetas confirmadosHasta la fecha, 1.488 han sido identificados como “similares a Neptuno”, con un rango de masa de 9 veces el de la Tierra que es ligeramente más pequeño que el de Júpiter.
Debido a las distancias asociadas con la envoltura gaseosa, es imposible determinar si este planeta ha salido a la superficie o dónde se encuentra.Debido a su importancia estadística, Yu y su equipo decidieron usar uno específicamente para probar su nuevo enfoque.Este es K2-18b, un Neptuno en miniatura con alrededor de ocho masas terrestres que orbitan dentro de la zona habitable (HZ) de una enana roja (K2-18) a 124 años luz de la Tierra.
Descubierto por primera vez por el telescopio espacial Kepler en 2015, K2-18b es el primer exoplaneta HZ que tiene una cantidad significativa de vapor de agua en su atmósfera.Usando modelos fotoquímicos, Yu y su equipo simularon cómo la presencia de la superficie de este exoplaneta afectaría la evolución atmosférica de K2-18b.También dieron cuenta de los diversos niveles de temperatura y presión atmosférica que son factores relacionados con la elevación de la superficie.
“Me pregunto si podemos usar especies ricas como el amoníaco y el metano para saber si los exoplanetas tienen superficies”, dijo Yu.La superficie fría y poco profunda bloqueará todas las reacciones de “reciclado” que requieren altas temperaturas y altas presiones en la atmósfera del planeta profundo para reformar el metano y el amoníaco.Por lo tanto, esperamos ver poco metano y amoníaco en exoplanetas fríos y poco profundos y mucho metano y amoníaco en exoplanetas sin o sin superficie profunda y caliente”.
Lo que encontraron fue que tanto el amoníaco como el metano eran sensibles a la presencia y elevación en la superficie, como se predijo.Esto es consistente con lo que se ha observado en exoplanetas con superficies frías y poco profundas, donde especies como el agua, el cianuro de hidrógeno y los hidrocarburos más pesados se degradan por la exposición a los rayos UV.Mientras tanto, especies como el monóxido de carbono y el dióxido de carbono (que son menos susceptibles a la destrucción por UV) permanecen intactas.
Pero lo inesperado es que diferentes sustancias químicas son sensibles de diferentes maneras a diferentes niveles de altitud.Según Yu, esto se debe a que las especies de carbono y nitrógeno tienen “puntos dulces” que pueden reciclarse por completo.El amoníaco y el cianuro de hidrógeno (HCN) son sensibles a atmósferas con una densidad de 100 bar en la superficie (100 veces la de la Tierra, similar a Venus), mientras que el metano, el monóxido de carbono y el dióxido de carbono son sensibles a presiones inferiores a 10 bar en la superficie . (10 veces la de la Tierra).
Estos hallazgos tienen varias implicaciones para el estudio de los exoplanetas, la más importante de las cuales es la importancia de la superficie del planeta.Yu dijo:
“Los científicos utilizaron previamente modelos de equilibrio termoquímico para predecir la composición atmosférica de los exoplanetas.La composición atmosférica está determinada únicamente por la presión y la temperatura de la atmósfera.Sin embargo, nuestra investigación muestra que incluso con la misma presión y temperatura, agregar una superficie puede cambiar drásticamente la composición de la atmósfera de un exoplaneta”.
Otra implicación de este estudio es que los astrónomos pueden aprender sobre las superficies de los exoplanetas en función de su composición atmosférica.“Por ejemplo, cuando los observadores ven el agotamiento del amoníaco y el HCN, podemos ver que la superficie de este exoplaneta tiene menos de 100 bar”, agregó Yu.“Luego disminuye la cantidad de metano, hidrocarburos y aumenta la cantidad de monóxido de carbono, lo que indica que la superficie está a menos de 10 bar.¡Esto es muy prometedor para identificar exoplanetas habitables!”
Además de la caracterización de mini-Neptuno, el estudio también afecta a todos los demás tipos de exoplanetas, incluidos los planetas rocosos “similares a la Tierra”.De hecho, el tamaño del exoplaneta no importa siempre que el planeta en cuestión tenga una atmósfera y reciba radiación ultravioleta de su atmósfera superior.En todos los casos, los astrónomos verán la misma diferencia en la abundancia química dependiendo de si una superficie está presente o no.
Según Yu, un objetivo de prueba más prometedor para este método son los exoplanetas más pequeños y más fríos, ya que es más probable que tengan superficies frías y poco profundas.Sin embargo, es más probable que los planetas más pequeños tengan procesos internos o superficiales que afecten la abundancia de ciertas sustancias químicas en la atmósfera, como el vulcanismo y la tectónica de placas.Cuanto más pequeños son, más importantes pueden ser estos procesos.
Estas y otras preocupaciones son las que Yu y su equipo esperan estudiar más en el futuro para determinar la solidez de los resultados y cómo pueden verse afectados por diversas perturbaciones en la superficie/interior de los exoplanetas.Sus esfuerzos, y los esfuerzos de los astrobiólogos en general, contribuirán en gran medida al inicio del JWST, que actualmente está programado para noviembre de 2021. Yu dijo:
“Nuestro estudio apunta a un ángulo científico interesante para JWST.Se recomienda disponer únicamente de datos de caracterización atmosférica.Sin observaciones superficiales directas, todavía podemos decir aproximadamente si un exoplaneta tiene una superficie y dónde se encuentra.Sin duda, saber si los exoplanetas tienen superficies es importante para la astrofísica.Las formas de vida complejas requerirían líquidos o superficies duras para sustentarlas.Por lo tanto, la presencia de la superficie será algo esencial a tener en cuenta al evaluar la habitabilidad de los exoplanetas”.
La capacidad de estudiar directamente los exoplanetas y limitar las condiciones de su superficie avanzaría significativamente en la investigación de la astrobiología.Este sector también se verá beneficiado.forma innovadoraEsto permite a los científicos buscar vida (también conocida como biofirmas) en función de diferentes niveles de entropía en el medio ambiente o diferentes niveles de complejidad de las partículas orgánicas.¡Poco a poco, estrechamos nuestro enfoque y endurecemos nuestras limitaciones!
Si hay una criatura por descubrir, ¡la encontrarás tarde o temprano!
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