Descubrimiento de un «termómetro cósmico» en WASP-31b: un gran salto en la investigación de exoplanetas

En las regiones cálidas se ha detectado hidruro de cromo, que se encuentra en el rango de temperatura de 1.200 a 2.000 grados Kelvin. Júpiter La atmósfera del planeta 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 especialmente sensible a la temperatura, resulta útil como «termómetro para las estrellas», según la astrónoma Laura Flagg. Esto se debe a que sólo está disponible en un rango estrecho de 1200 a 2000 grados Kelvin.

Flagg, investigador asociado en astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Cornell (A&S), utilizó estos 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 esas moléculas específicas estuvieran presentes en las atmósferas del exoplaneta. Investigaciones anteriores han indicado, con poca precisión, que así es.

Nuevos descubrimientos sobre el caliente Júpiter WASP-31b

Ahora, Flagg y un equipo de científicos dirigido por Cornell, utilizando observaciones espectrales de alta resolución, han confirmado la presencia de hidruro de cromo en… planeta exterior La cálida atmósfera de Júpiter, WASP-31b, abre la puerta al uso de esta molécula sensible a la temperatura clasificar Sirve como «termómetro» para determinar la temperatura y otras características en exoplanetas.

Flagg es el autor principal de «ExoGemS Detección de hidruro metálico en atmósferas de exoplanetas con alta resolución espectral», publicado el 16 de agosto en el Cartas de revistas astrofísicas. Los coautores incluyen: Ray Jayawardhana, Hans A. Beth (A&S); y jake d. Turner, investigador del Hubble en el Centro Cornell de Astrofísica y Ciencias Planetarias; ryan j. McDonald, ex investigador asociado en el Instituto Carl Sagan y ahora profesor NASA Miembro Sagan de la Universidad de Michigan; y Adam Langfield, Investigador Postdoctoral en Astronomía (A&S).

Los investigadores escriben que el hidruro de cromo no tiene detecciones confirmadas previas en ningún exoplaneta, y esto representa la primera detección de hidruro metálico en un espectro de exoplanetas de alta resolución.

La importancia del descubrimiento

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

«Las moléculas de hidruro de cromo son muy sensibles a la temperatura», dijo Flagg. «A temperaturas más altas sólo se ve cromo. A temperaturas más bajas, se transforma en otras cosas. Por lo tanto, sólo hay un rango de temperatura específico, alrededor de 1.200 a 2.200 K, en el que el hidruro de cromo está presente en cantidades significativas.

En nuestro sistema solar, la única presencia de esta molécula que se detectó fue en las manchas solares, y Flagg dijo: El sol está muy caliente (alrededor de 6.000 K en la superficie) y todos los demás cuerpos están muy fríos.

Métodos y herramientas utilizadas.

En su investigación, Flagg utiliza espectroscopia de alta resolución para detectar y analizar atmósferas de exoplanetas, comparando la luz total del sistema cuando el planeta está al lado de la estrella con cuando el planeta está frente a la estrella, bloqueando parte de la luz de la estrella. una luz. Algunos elementos bloquean más luz en ciertas longitudes de onda y menos luz en otras longitudes de onda, revelando los elementos del planeta.

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

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

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 Gemini con espectroscopía de Maunakea en Hawái, utilizando el espectrógrafo Gemini de acceso remoto a CFHT ESPaDOnS (GRACES). Complementaron los datos de GRACES con datos de archivo capturados en 2017, que no estaban destinados a buscar hidruros metálicos.

pensando en el futuro

«Parte de nuestros datos en este artículo eran datos antiguos que estaban en el borde del conjunto de datos. No los habrías estado buscando», dijo Flagg. Ahora está buscando hidruro de cromo y otros hidruros metálicos en otros exoplanetas, y el Es posible que ya haya pruebas allí.

«Espero que este artículo anime a otros investigadores a profundizar en sus datos sobre el hidruro de cromo y otros hidruros metálicos», dijo Flagg. «Creemos que debería haberlo. Esperamos obtener más datos que sean relevantes para buscar hidruro de cromo y, eventualmente, crear un tamaño de muestra para buscar tendencias».

Referencia: “Detección ExoGemS de hidruro metálico en la atmósfera de exoplanetas a alta resolución espectral” por Laura Flagg, Jake D. Turner, Emily Deibert, Andrew Ryden-Harper, Ernest de Moig, Ryan J. McDonald, Ray Jayawardhana, Neil Gibson, Adam Langfield y David Singh 16 de agosto de 2023, disponible aquí. Cartas de revistas astrofísicas.
doi: 10.3847/2041-8213/ace529