Formas nuevas de analizar las observaciones de las atmósferas de exoplanetas
El espectro de radiación electromagnética se mide mediante una técnica denominada observación espectroscópica. Interpretar el espectro es importante, pues permite extraer gran cantidad de información sobre la presencia o abundancia de átomos, moléculas, iones, neblinas y nubes, y sobre las estructuras térmicas verticales. «Es necesario contar con información de este tipo para comprobar y mejorar las dinámicas y las reacciones químicas que se emplean en los modelos aplicados a planetas extrasolares», informa Pierre-Olivier Lagage, del Departamento de Astrofísica del Comisariado para la energía atómica y las energías renovables (CEA) en Saclay (Francia). Lagage es el investigador principal del proyecto financiado con fondos europeos ExoplANETS A, responsable de ampliar el conocimiento que se posee sobre la atmósfera de varios exoplanetas mediante el empleo de herramientas nuevas en el análisis de datos espaciales de archivo. «La complicación más importante de las observaciones espectroscópicas de la atmósfera de exoplanetas en tránsito reside en la caracterización y eliminación del ruido sistemático que puede ser de varios órdenes de magnitud mayor que el de la señal generada por la atmósfera del exoplaneta», explica Lagage.
Desentrañar los secretos de planetas lejanos
Uno de los investigadores del proyecto, Jeroen Bouwman, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg (Alemania), desarrolló un método nuevo para caracterizar y eliminar sistemáticamente el ruido. Tal y como explica Lagage: «En este método, se puede crear un modelo basado en datos del comportamiento temporal de la sistemática de cada píxel del espectro mediante píxeles de referencia en distintas ubicaciones del espectro. Esto depende de las causas subyacentes de las sistemáticas que comparten varios píxeles, lo que se manifiesta en los datos que hemos analizado procedentes del telescopio espacial Hubble». El método se ha puesto en práctica en el código «Calibration of trAnsit Spectroscopy using CAusal Data» (CASCADEe). Bouwman empleó este método con todos los datos espectroscópicos obtenidos por el Telescopio Espacial Hubble de las atmósferas de exoplanetas. «Analizamos unas doscientas observaciones espectroscópicas con las que hemos generado una caracterización homogénea y fiable de las atmósferas de cincuenta y cuatro exoplanetas», señala Lagage. Bajo la dirección del astrofísico Vincent Minier, del CEA, y de David Barrado, profesor del Centro de Astrobiología, dependiente del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, se desarrolló el sitio web del proyecto con la intención de difundir los resultados científicos y generar herramientas educativas.
Lo que cuentan los datos
La modelización de este tipo de sistemas permitirá explorar toda la zona atmosférica alrededor de los planetas. Mostrará procesos químicos y patrones de circulación atmosférica que no se producen en la Tierra ni en otros planetas del Sistema Solar. Para modelar la atmósfera de un exoplaneta es necesario conocer en profundidad la estrella a la que orbita. Para lograrlo, el proyecto creó una base de datos coherente y uniforme con las propiedades relevantes de las estrellas que albergan exoplanetas. Los datos proceden de los archivos de la Agencia Espacial Europea (ESA), los cuales se combinaron con otros de misiones espaciales internacionales y observatorios terrestres. Estos catálogos de estrellas y exoplanetas vienen acompañados y se interpretan con una serie de modelos adjuntos con los que evaluar la importancia de las interacciones entre los planetas y sus estrellas. Hasta ahora, casi toda la información sobre el contenido molecular de una atmósfera procedía del Telescopio Espacial Hubble, sobre todo de la Cámara de Gran Angular 3. El rango de longitud de onda de la cámara puede escanear vapor de agua, detectado en varias atmósferas de exoplanetas. «La situación cambiará en breve de forma drástica cuando se lance el Telescopio James Webb —explica Lagage—. Este ofrecerá una cobertura de longitud de onda grande (de 0,4 a 28 micrómetros) y permitirá así caracterizar distintas moléculas que se espera encontrar en la atmósfera de exoplanetas como por ejemplo agua, dióxido de carbono y amoniaco. Tendrá un área de recolección de 25 metros cuadrados que nos permitirá caracterizar exoplanetas hasta ahora inaccesibles». Lagage indica que estos conocimientos nuevos contribuirán, en última instancia, a conocer mejor también nuestro propio planeta. «El éxito del proyecto ExoplANETS A se debe a la colaboración de varios científicos de primera fila que juntos han hecho posible observar la composición de las atmósferas de estos exoplanetas con más certidumbre —concluye—. Esto, en combinación con el lanzamiento del Telescopio James Webb, supondrá disponer de un conjunto de herramientas sólido destinado a la interpretación de los nuevos datos que recabemos».
Palabras clave
ExoplANETS A, Telescopio Espacial Hubble, Telescopio James Webb, ruido sistemático, atmósfera, planeta, observaciones espectroscópicas