Descubrimiento IMP de Astronomía

Un gigante gaseoso con una atmósfera interesante.

En un exoplaneta a 300 años luz de distancia, la primera medición de carbono-13 tiene éxito

20. Julio 2021

Hasta ahora se conocen más de 4600 planetas en estrellas distantes. Muchos de estos cuerpos celestes tienen capas de gas más o menos densas similares a la Tierra. Ahora, por primera vez, un grupo de investigadores, incluidos los del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, detectaron varias formas de carbono en la atmósfera de un exoplaneta designado TYC 8998-760-1 b. Su observación con el Very Large Telescope de ESO en Chile reveló una proporción relativamente alta de carbono 13, lo que sugiere que el gigante gaseoso, que se encuentra a unos 300 años luz de distancia en la constelación Fly, se formó a una gran distancia de su estrella madre.

Ilustración de los entornos de nacimiento de planetas en un disco protoplanetario que se formó alrededor de una estrella joven. Los dos planetas dentro de la línea de nieve de CO denotan a Júpiter y Neptuno en sus ubicaciones actuales, mientras que TYC 8998 b se forma muy fuera de este régimen. A tal distancia de la estrella madre, se espera que la mayor parte del carbono se haya encerrado en el hielo de CO y se haya construido el principal depósito de carbono del planeta. En consecuencia, el hielo era rico en carbono 13, lo que resultó en la proporción de isótopos observada en la atmósfera del planeta. Aumentar imagen
Ilustración de los entornos de nacimiento de planetas en un disco protoplanetario que se formó alrededor de una estrella joven. Los dos planetas dentro de la línea de nieve de CO denotan a Júpiter y Neptuno en sus ubicaciones actuales, mientras que TYC 8998 b se forma muy fuera de este régimen. A tal distancia de la estrella madre, se espera que la mayor parte del carbono se haya encerrado en el hielo de CO y se haya construido el principal depósito de carbono del planeta. En consecuencia, el hielo era rico en carbono 13, lo que resultó en la proporción de isótopos observada en la atmósfera del planeta.
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Los isótopos son formas diferentes del mismo átomo pero con un número variable de neutrones en el núcleo. Por ejemplo, el carbono con seis protones normalmente tiene seis neutrones (carbono-12), pero ocasionalmente siete (carbono-13) u ocho (carbono-14). Esta propiedad no cambia mucho las propiedades químicas del carbono. Aún así, los isótopos se forman de diferentes maneras y, a menudo, reaccionan de manera ligeramente diferente a las condiciones predominantes. Los isótopos, por tanto, ofrecen aplicaciones en una amplia gama de campos de investigación: desde la detección de enfermedades cardiovasculares o el cáncer hasta el estudio del cambio climático y la determinación de la edad de los fósiles y las rocas.

Astrónomos de varios países, entre ellos Paul Mollière del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, descubrieron una relación inusual entre esos isótopos en la atmósfera del joven planeta gigante TYC 8998-760-1 b. El carbono está presente principalmente en forma de gas CO (monóxido de carbono). El planeta en sí exhibe una masa de aproximadamente 14 masas de Júpiter y tiene casi el doble del tamaño de Júpiter. Por esto, los astrónomos lo clasifican como un super-Júpiter.

El grupo de científicos, dirigido por el primer autor Yapeng Zhang, un estudiante de doctorado en el Observatorio de Leiden, distinguió con éxito el carbono-13 del carbono-12 porque absorbe la radiación en colores ligeramente diferentes. “Es realmente muy especial que podamos medir esto en una atmósfera de exoplanetas, a una distancia tan grande”, dice Zhang. Los astrónomos esperaban detectar que aproximadamente uno de cada 70 átomos de carbono era carbono 13, pero parece ser el doble para este planeta. La idea es que la mayor abundancia de carbono 13 está relacionada de alguna manera con la formación del exoplaneta.

Mollière explica: “El planeta está más de ciento cincuenta veces más lejos de su estrella madre que nuestra Tierra de nuestro Sol. A una distancia tan grande, es posible que se hayan formado hielos con más carbono-13, lo que ha provocado la mayor fracción de este isótopo en la atmósfera actual del planeta ". Supongamos que el enriquecimiento en carbono 13 está relacionado con la congelación del CO en los discos protoplanetarios que forman planetas. En ese caso, esto podría significar que los planetas del Sistema Solar no recolectaron mucho hielo rico en carbono 13. Una razón puede ser que en el Sistema Solar, la distancia más allá de la cual el CO comienza a congelarse fuera de la fase gaseosa, conocida como la línea de nieve de CO, se encuentra más allá de la órbita de Neptuno. Por lo tanto, es probable que los hielos de CO2 rara vez se hayan incorporado a los planetas del Sistema Solar, lo que lleva a una proporción de isótopos más alta. Mollière escribió el software de análisis de datos y contribuyó a interpretar los resultados.

El exoplaneta en sí, TYC 8998-760-1 b, fue descubierto hace solo dos años por el estudiante de doctorado en Leiden, Alexander Bohn, coautor del artículo. Agrega: “Es asombroso que este descubrimiento se haya hecho cerca de 'mi' planeta. Probablemente será el primero de muchos ".

Ignas Snellen, profesor en Leiden y motor impulsor de esta asignatura durante muchos años, está sobre todo orgulloso. “La expectativa es que en el futuro, los isótopos ayudarán aún más a comprender exactamente cómo, dónde y cuándo se forman los planetas. Este resultado es solo el comienzo ".

 
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