“Termómetro cósmico” detectado en WASP

Por Universidad de Cornell29 de agosto de 2023

Los astrónomos han confirmado la presencia de hidruro de cromo en la atmósfera del caliente Júpiter WASP-31b mediante observaciones espectrales de alta resolución. Esta molécula, que sólo abunda entre 1.200 y 2.000 grados Kelvin, tiene el potencial de actuar como un “termómetro” para exoplanetas.

Chromium hydride, found in the temperature range of 1,200-2,000 degrees Kelvin, has been detected in the hot JupiterJupiter is the largest planet in the solar system and the fifth planet from the sun. It is a gas giant with a mass greater then all of the other planets combined. Its name comes from the Roman god Jupiter." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> La atmósfera de Júpiter WASP-31b. Este descubrimiento allana el camino para que la molécula se utilice como “termómetro” para exoplanetas.

El hidruro de cromo (CrH), una molécula relativamente rara y particularmente sensible a la temperatura, es útil como “termómetro para estrellas”, según la astrónoma Laura Flagg. Esto se debe a que sólo abunda en un rango estrecho entre 1200 y 2000 grados Kelvin.

Flagg, investigador asociado en astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias (A&S) de la Universidad de Cornell, ha utilizado este y otros hidruros metálicos para determinar la temperatura de estrellas frías y enanas marrones. En teoría, dijo, el hidruro de cromo podría hacer lo mismo con los exoplanetas calientes de Júpiter, que son comparables en temperatura a las enanas marrones, si estas moléculas particulares están presentes en las atmósferas de los exoplanetas. Investigaciones anteriores, a baja resolución, insinuaron que sí lo son.

Nuevos descubrimientos sobre el caliente Júpiter WASP-31b

Now, Flagg and a Cornell-led team of scientists have confirmed, using high-resolution spectral observations, the presence of chromium hydride in an exoplanetAn exoplanet (or extrasolar planet) is a planet that is located outside our Solar System, orbiting around a star other than the Sun. The first suspected scientific detection of an exoplanet occurred in 1988, with the first confirmation of detection coming in 1992." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">exoplanet atmosphere of the hot Jupiter WASP-31b, opening the door to use this temperature-sensitive molecule speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">especie como “termómetro” para determinar la temperatura y otras características en exoplanetas.

Flagg is lead author of “ExoGemS Detection of a Metal Hydride in an Exoplanet Atmosphere at High Spectral Resolution,” published on August 16 in The Astrophysical Journal LettersThe Astrophysical Journal Letters (ApJL) is a peer-reviewed scientific journal that focuses on the rapid publication of short, significant letters and papers on all aspects of astronomy and astrophysics. It is one of the journals published by the American Astronomical Society (AAS), and is considered one of the most prestigious journals in the field." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Astrophysical Journal Letters. Co-authors include: Ray Jayawardhana, the Hans A. Bethe Professor and professor of astronomy (A&S); Jake D. Turner, Hubble Research Fellow in the Cornell Center for Astrophysics & Planetary Science; Ryan J. MacDonald, previously a research associate at the Carl Sagan Institute and now a NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Miembro Sagan de la NASA en la Universidad de Michigan; y Adam Langeveld, investigador postdoctoral en astronomía (A&S).

El hidruro de cromo no tiene detecciones confirmadas previas en ningún exoplaneta, y esta marca la primera detección de un hidruro metálico en un espectro de exoplanetas de alta resolución, escribieron los investigadores.

La detección definitiva de hidruros metálicos en WASP-31b es un avance importante en la comprensión de las atmósferas calientes de los planetas gigantes, dijo Flagg, aunque el descubrimiento no proporciona nueva información sobre el planeta individual. Descubierto en 2011, WASP-31b orbita una estrella F5 una vez cada 3,4 días. Tiene una densidad extremadamente baja, incluso para un planeta gigante, y el nuevo estudio confirma su temperatura de equilibrio en 1.400 Kelvin, en el rango del hidruro de cromo.

"Las moléculas de hidruro de cromo son muy sensibles a la temperatura", dijo Flagg. “A temperaturas más altas, solo se ve cromo. Y a temperaturas más bajas, se convierte en otras cosas. Así que sólo hay un rango de temperatura específico, alrededor de 1.200 a 2.200 Kelvin, donde el hidruro de cromo se ve en grandes abundancias”.

En nuestro sistema solar, la única aparición detectada de esta molécula son las manchas solares, dijo Flagg: el sol está demasiado caliente (alrededor de 6.000 K en la superficie) y todos los demás objetos están demasiado fríos.

En su investigación, Flagg utiliza espectroscopía de alta resolución para detectar y analizar atmósferas de exoplanetas, comparando la luz general del sistema cuando el planeta está al lado de la estrella con cuando el planeta está frente a la estrella, bloqueando algunas de las luces de la estrella. luz. Ciertos elementos bloquean más luz en determinadas longitudes de onda y menos luz en otras longitudes de onda, revelando qué elementos hay en el planeta.

"La alta resolución espectral significa que tenemos información de longitud de onda muy precisa", dijo Flagg. “Podemos conseguir miles de líneas diferentes. Los combinamos usando varios métodos estadísticos, usando una plantilla (una idea aproximada de cómo se ve el espectro) y lo comparamos con los datos y los emparejamos. Si coincide bien, hay señal. Probamos todas las plantillas diferentes y, en este caso, la plantilla de hidruro de cromo produjo una señal”.

El cromo es raro, incluso a la temperatura adecuada, por lo que los investigadores necesitan instrumentos y telescopios sensibles, dijo Flagg.

Para analizar WASP-31b, los investigadores utilizaron espectros de alta resolución de una nueva observación en marzo de 2022 como parte del estudio de exoplanetas con espectroscopía Gemini de Maunakea en Hawái, utilizando el acceso remoto Gemini al espectrógrafo CFHT ESPaDOnS (GRACES). Complementaron los datos de GRACES con datos de archivo tomados en 2017, que no estaban destinados a buscar hidruros metálicos.

“Parte de nuestros datos para este artículo eran datos antiguos que estaban en el borde mismo del conjunto de datos. No lo habrías buscado”, dijo Flagg. Ahora está buscando hidruro de cromo y otros hidruros metálicos en otros exoplanetas, y es posible que la evidencia ya exista.

"Espero que este artículo anime a otros investigadores a buscar en sus datos hidruro de cromo y otros hidruros metálicos", dijo Flagg. “Creemos que debería estar ahí. Con suerte, obtendremos más datos que serán adecuados para buscar hidruro de cromo y, eventualmente, crear un tamaño de muestra para buscar tendencias”.

Referencia: “Detección ExoGemS de un hidruro metálico en una atmósfera de exoplaneta con alta resolución espectral” por Laura Flagg, Jake D. Turner, Emily Deibert, Andrew Ridden-Harper, Ernst de Mooij, Ryan J. MacDonald, Ray Jayawardhana, Neale Gibson, Adam Langeveld y David Sing, 16 de agosto de 2023, The Astrophysical Journal Letters.DOI: 10.3847/2041-8213/ace529