La primera imagen directa de un exoplaneta (HIP 65426 b con 7.1±1.1 masas de Júpiter) usando el JWST

Por Francisco R. Villatoro, el 1 septiembre, 2022. Categoría(s): Astrofísica • Astronomía • Ciencia • Noticias • Science ✎ 5

La observación directa usando un coronógrafo es el único método para detectar exoplanetas gaseosos gigantes de gran periodo orbital. En el año 2017 se descubrió el exoplaneta HIP 65426 b mediante SPHERE-SHINE de VLT; se estimó que este superjupiterino tenía una masa entre 6 y 12 MJup, un radio 1.5 ± 0.1 RJup, una temperatura efectiva entre 1300–1600 K y una distancia proyectada a su estrella de ∼ 92 UA; estos valores han mejorado desde entonces. Dicho exoplaneta ha sido el primero en ser observado por el telescopio espacial JWST con objeto de probar su coronógrafo; se ha observado en los siete filtros de los instrumentos NIRCam y MIRI. Se estima una masa de 7.1 ± 1.1 MJup, un radio de 1.45 ± 0.03 RJup, una temperatura efectiva de 1282+26−31 K y una distancia proyectada a su estrella de (87+108−31 UA). En mi opinión, lo más relevante de esta imagen es que se estima que el coronógrafo tiene una sensibilidad suficiente para observar exoplanetas jupiterinos con una masa superior a 0.3 MJup situados a una distancia ∼100 UA. El telescopio espacial JWST no es un buscador de exoplanetas por el método coronográfico, pero sin lugar a dudas ayudará a caracterizar la población de exoplanetas gaseosos gigantes de periodo largo descubiertos por instrumentos terrestres.

HIP 65426 b fue descubierto en la búsqueda sistemática SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) usando el coronágrafo SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) instalado en el VLT (Very Large Telescope), el buque insignia europeo de ESO (European Southern Observatory). Durante sus cuatro años de exploración, SHINE ha buscado exoplanetas en 500 estrellas y ha detectado más de 3000 candidatos en más de 300 de dichas estrellas. El descubrimiento de HIP 65426 b fue quizás su mayor logro, pues la imagen que obtuvo para frecuencias entre 0.95 y 2.2 μm tenía una definición espectacular (en mi opinión mucho mejor que la obtenida entre 2 y 16 µm con el JWST). Para comprobar el buen funcionamiento del coronógrafo del JWST en el programa de ciencia temprana (Director’s Discretionary Early Release Science, ERS) se han estudiado el exoplaneta HIP 65426 b y el disco circunestelar HD 141569 A (el artículo sobre este último aún está en preparación). Más allá de que se haya obtenido la primera imagen de un exoplaneta con JWST, para los astrofísicos lo más relevante es que JWST permite una caracterización mejor de los parámetros físicos y orbitales de este exoplaneta. Sin lugar a dudas, JWST va a revolucionar la astronomía en muchísimos frentes.

El nuevo artículo es Aarynn L. Carter, Sasha Hinkley, …, Zhoujian Zhang, «The JWST Early Release Science Program for Direct Observations of Exoplanetary Systems I: High Contrast Imaging of the Exoplanet HIP 65426 b from 2-16 μm,» arXiv:2208.14990 [astro-ph.EP] (31 Aug 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2208.14990. El descubrimiento se publicó en G. Chauvin, S. Desidera, …, Z. Wahhaj, «Discovery of a warm, dusty giant planet around HIP 65426,» Astronomy & Astrophysics 605: L9 (18 Sep 2017), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/201731152, arXiv:1707.01413 [astro-ph.EP] (05 Jul 2017). Un resumen de los resultados de SHINE-SPHERE en esta web.

Todas las observaciones de HIP 65426 b se han repetido con dos ángulos de inclinación separados ∼10° (lo máximo que permite JWST son 14°) para poder usar la técnica ADI (Angular Differential Imaging) para substraer la contribución de la estrella. También se ha usado una estrella de referencia (HIP 68245) para poder usar la técnica RDI (Reference Differential Imaging). Como muestra esta figura, ambas técnicas se pueden combinar para obtener un resultado óptimo (última columna de la figura); arriba se muestra el filtro F356W de NIRCam y abajo el filtro F1140C de MIRI (en la información suplementaria del artículo se incluyen imágenes similares para los siete filtros de los instrumentos NIRCam y MIRI).

En esta figura se compara la mejor imagen de SHINE-SPHERE de VLT, a la derecha, con cuatro de las imágenes obtenidas por el JWST (F250M y F300M de NIRCam y F1140C y F1550C de MIRI). Como ya he comentado antes, en mi opinión, la imagen de SPHERE tiene una definición realmente espectacular, mejor que las de JWST; a pesar de ello, como JWST cubre un rango de frecuencias mayor en el infrarrojo permite una mejor estimación de los parámetros físicos y orbitales de HIP 65426 b.

Esta figura resume todas las observaciones fotométricas y espectrométricas de HIP 65426 b; las nuevas obtenidas por JWST son las circunferencias en color naranja (se usan triángulos para las de SPHERE/IFS, cuadrados para SPHERE/IRDIS y rombos para NaCo). En azul se muestra el espectro estimado con el modelo atmosférico BT-SETTL para el mejor ajuste espectral a los datos anteriores (salvo los datos de NaCo, que no se han incluido por su gran incertidumbre respecto a los datos de JWST). El modelo atmosférico es el que se usa para estimar la temperatura efectiva del exoplaneta. A los interesados en más detalles les recomiendo consultar el nuevo artículo. Quiero suponer que en un futuro no muy lejano se obtendrá el espectro de alta resolución de JWST de HIP 65426 b; me haré eco de cuando se publique, con objeto de revisar cómo se modifican los parámetros atmosféricos gracias a dicho espectro.



5 Comentarios

  1. Muy buen artículo, Francis.
    Supongo que habrá que darles tiempo a que en el procesado de las imágenes consigan más limpieza.
    Sin embargo, veo que tendremos que ir acostumbrándonos a esos speckles (o como se digan o lo que sean) que aparecen x6 en las imágenes. 😅

    1. Pochimax, siempre se puede aplicar un filtro a posteriori para eliminar ese ruido instrumental de fondo para que las imágenes sean más agradables a la vista de los legos; pero en ciencia está prohibido manipular las imágenes; además, siempre es necesario cuantificar la relación señal-a-ruido, para lo que se debe preservar el ruido de fondo.

  2. Francis
    Existe un limite para futuros telescopios espaciales o terrestres? por ejemplo en un futuro a décadas o en el siglo xxii se podría teóricamente hacer uno que vea ciudades o sea cosas de decenas de km a años luz de distancia? o hay un limite de óptica?

    1. Mariana, todo telescopio está limitado por la longitud de onda de la luz que usa (el llamado límite de difracción). Nunca existirá un telescopio óptico que nos permita ver cosas con un tamaño de kilómetros a años luz de distancia; sencillamente es imposible. Para ver cosas de dicho tamaño a dicha distancia se pueden usar ondas de radio con radiotelescopios (así, si la ciudad emite ondas de radio capaces de escapar de su atmósfera podrán ser observada desde la Tierra).

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