Molécula 'termómetro' confirmada en el exoplaneta WASP

Jun 21, 2023

El hidruro de cromo (CrH), una molécula relativamente rara y particularmente sensible a la temperatura, es útil como "termómetro para las estrellas", según la astrónoma Laura Flagg, porque abunda sólo en un estrecho rango entre 1.200 y 2.000 grados Kelvin.

Flagg, investigador asociado en astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias (A&S), 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.

Ahora, Flagg y un equipo de investigadores dirigido por Cornell han confirmado, utilizando observaciones espectrales de alta resolución, la presencia de hidruro de cromo en la atmósfera de un exoplaneta del caliente Júpiter WASP-31b, abriendo la puerta para utilizar esta especie de molécula sensible a la temperatura como un “termómetro” para determinar la temperatura y otras características en exoplanetas.

Flagg es el autor principal de "Detección ExoGemS de un hidruro metálico en una atmósfera de exoplaneta con alta resolución espectral", publicado el 16 de agosto en ApJ Letters. Los coautores incluyen: Ray Jayawardhana, profesor Hans A. Bethe y profesor de astronomía (A&S); Jake D. Turner, investigador del Hubble en el Centro Cornell de Astrofísica y Ciencias Planetarias; Ryan J. MacDonald, anteriormente investigador asociado en el Instituto Carl Sagan y ahora miembro Sagan de la NASA en la Universidad de Michigan; y Adam Langeveld, investigador postdoctoral en astronomía (A&S). Flagg, Turner y Langeveld son miembros del grupo de investigación de Jayawardhana.

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 sean adecuados para buscar hidruro de cromo y, eventualmente, crear un tamaño de muestra para buscar tendencias”.

Kate Blackwood es escritora de la Facultad de Artes y Ciencias.

Reciba las noticias de Cornell directamente en su bandeja de entrada.