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Helio descubierto en un planeta exo

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¿Por qué hay tanto entusiasmo por el descubrimiento de helio en un exoplaneta? ¿No es oxígeno lo que deberíamos buscar, ya que esto es lo que se necesita para la vida? ¿Para qué necesitamos el helio?


Tiene razón en que el helio alrededor de un gigante gaseoso no es ninguna sorpresa, y el oxígeno en un planeta similar a la Tierra sería espectacularmente más importante. Sin embargo, la emoción es simplemente que si puede detectar un elemento, significa que podría detectar otro. Simplemente le brinda más formas de aprender sobre el planeta y ofrece la promesa de más formas nuevas de aprender. Se podría encontrar una analogía con la primera detección de exoplanetas, que eran "Júpiter calientes". A nadie le sorprendió que las estrellas pudieran tener planetas, y nadie cree que los Júpiter calientes sean propicios para la vida, pero si puedes descubrir un tipo de planeta, es un buen augurio para el descubrimiento posterior de otros. Todo lo que podamos aprender sobre la composición es un paso importante en la dirección correcta.


Helio descubierto en un exoplaneta y la atmósfera # 8217 por primera vez

  • Un exoplaneta a 200 años luz de distancia tiene una atmósfera hecha de helio
  • Este es el primer planeta descubierto con el elemento gaseoso.
  • Los científicos utilizaron una nueva técnica que utiliza radiación infrarroja, no rayos UV
  • El nuevo método podría abrir puertas para encontrar más exoplanetas con una atmósfera capaz de albergar vida extraterrestre
  • Email

Los científicos han descubierto helio en la atmósfera de un exoplaneta por primera vez.

El helio es uno de los elementos más comunes del universo, pero hasta ahora no se ha visto en la atmósfera de un exoplaneta.

La fuerza de la señal detectada fue tan grande que los científicos creen que la atmósfera superior del planeta podría extenderse decenas de miles de millas en el espacio.

El descubrimiento es otro paso adelante en la exploración espacial a medida que los científicos continúan buscando más exoplanetas y cualquier vida extraterrestre que pueda existir.

Esta impresión artística de WASP 107b muestra el helio en la atmósfera como la nube oscura sobre el planeta. Los mechones anaranjados a la izquierda de la imagen son parte de la atmósfera estelar caliente. Esta es la primera vez que se encuentra helio en un exoplaneta

Un equipo internacional de astrónomos, dirigido por un estudiante de doctorado de la Universidad de Exeter, descubrió evidencia del gas inerte en el exoplaneta WASP-107b.

Este planeta & # 8216super-Neptuno & # 8217 se encuentra a 200 años luz de la Tierra en la constelación de Virgo.

El avance utilizó el telescopio espacial Hubble en órbita y reveló una abundancia de helio en la atmósfera superior.

El helio es el segundo elemento más común en el universo y desde hace mucho tiempo se ha predicho que es uno de los gases más fácilmente detectables en exoplanetas gigantes.

Es un componente importante de los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar.

Los científicos esperan encontrar helio en gigantes gaseosos en otros lugares, pero las búsquedas hasta ahora no han tenido éxito.

Una nueva investigación pionera, publicada en la revista Nature, es la primera vez que el gas se encuentra con éxito en un planeta fuera de nuestro sistema solar.

El exoplaneta solo se descubrió en 2017, orbita a su estrella anfitriona cada seis días y tiene una temperatura superficial de 500 ° C (930 ° F).

Ahora, el equipo de investigación cree que el estudio innovador podría allanar el camino para que los científicos descubran más atmósferas alrededor de exoplanetas del tamaño de la Tierra en toda la galaxia.

El helio se descubrió analizando el espectro de luz que atravesaba la atmósfera del planeta. El planeta se encuentra a 200 años luz de la Tierra en la constelación de Virgo, es similar en tamaño a Júpiter y tiene solo el 12 por ciento de su masa.

Los investigadores utilizaron un nuevo método que utiliza infrarrojos, no el ultravioleta tradicional, para hacer el descubrimiento.

Jessica Spake, estudiante de doctorado en astronomía en la Universidad de Exeter, dijo: & # 8216 Esperamos utilizar esta técnica con el próximo Telescopio Espacial James Webb, por ejemplo, para aprender qué tipo de planetas tienen grandes envolturas de hidrógeno y helio, y la longitud de los planetas pueden aferrarse a sus atmósferas.

& # 8216 Al medir la luz infrarroja, podemos ver más lejos en el espacio que si estuviéramos usando luz ultravioleta. & # 8217

WASP-107b tiene una densidad muy baja, es similar en tamaño a Júpiter, pero con solo el 12 por ciento de su masa.

El helio se descubrió analizando el espectro de luz que atravesaba la atmósfera del planeta.

¿CÓMO ESTUDIAN LOS CIENTÍFICOS LA ATMÓSFERA DE LOS EXOPLANETS?

Las estrellas distantes y sus planetas en órbita a menudo tienen condiciones diferentes a las que vemos en nuestra atmósfera.

Para comprender estos nuevos mundos & # 8217s, y de qué están hechos, los científicos deben ser capaces de detectar en qué consiste su atmósfera & # 8217s.

A menudo lo hacen usando un telescopio espacial similar al telescopio Hubble de la NASA.

Estos enormes satélites escanean el cielo y se fijan en exoplanetas que la NASA cree que pueden ser de interés.

Aquí, los sensores a bordo realizan diferentes formas de análisis.

Uno de los más importantes y útiles se llama espectroscopia de absorción.

Esta forma de análisis mide la luz que sale de la atmósfera de un planeta.

Cada gas absorbe una longitud de onda de luz ligeramente diferente, y cuando esto sucede, aparece una línea negra en un espectro completo.

Estas líneas corresponden a una molécula muy específica, lo que indica su presencia en el planeta.

A menudo se les llama líneas de Fraunhofer en honor al astrónomo y físico alemán que las descubrió por primera vez en 1814.

Al combinar todas las diferentes longitudes de onda de las luces, los científicos pueden determinar todas las sustancias químicas que componen la atmósfera de un planeta.

La clave es que lo que falta, proporciona las pistas para descubrir lo que está presente.

Es de vital importancia que esto se haga mediante telescopios espaciales, ya que la atmósfera de la Tierra interferiría.

La absorción de sustancias químicas en nuestra atmósfera sesgaría la muestra, por lo que es importante estudiar la luz antes de que tenga la oportunidad de llegar a la Tierra.

Esto se usa a menudo para buscar helio, sodio e incluso oxígeno en atmósferas extrañas.

Este diagrama muestra cómo la luz que pasa de una estrella y a través de la atmósfera de un exoplaneta produce líneas de Fraunhofer que indican la presencia de compuestos clave como el sodio o el helio.

En este método, los investigadores pueden saber qué elementos y compuestos están presentes mediante ciertas longitudes de onda que no se detectan.

Este método, llamado espectroscopia de absorción, se utiliza para encontrar los gases y productos químicos que se encuentran en la atmósfera de un planeta.

Cada gas absorbe una longitud de onda de luz ligeramente diferente, y cuando esto sucede, aparece una línea negra en un espectro completo.

Estas líneas corresponden a una molécula muy específica, lo que indica que está presente en la atmósfera de un planeta.

Usando este método, los investigadores pudieron detectar la presencia de helio en un estado excitado & # 8211 cargado con altos niveles de energía debido a la alta temperatura de la superficie del planeta.

El coautor del estudio, el Dr. Tom Evans, de la Universidad de Exeter, agregó: & # 8216 El helio que detectamos se extiende hacia el espacio como una tenue nube que rodea el planeta.

& # 8216Si los planetas más pequeños del tamaño de la Tierra tienen nubes de helio similares, esta nueva técnica ofrece un medio emocionante para estudiar sus atmósferas superiores en un futuro muy cercano. & # 8217


Helio descubierto en la cola de un exoplaneta

Drake Deming trabaja en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Maryland, College Park, Maryland 20742, EE. UU.

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

El helio es omnipresente en el Universo. Se generaron grandes cantidades en el Big Bang 1, y casi todas las estrellas comienzan su vida produciendo helio en su núcleo a través de la fusión nuclear de hidrógeno. Se espera que las atmósferas de exoplanetas gigantes tengan una abundancia de helio 2, porque estos planetas se formaron a partir de gas reciclado y polvo de una generación anterior de estrellas. Sin embargo, las búsquedas de helio en tales atmósferas no han tenido éxito 3. En un papel en Naturaleza, Habló et al. 4 informan del descubrimiento de átomos de helio en la atmósfera en erosión del exoplaneta gigante WASP-107b. Su trabajo abre un nuevo capítulo en el estudio de atmósferas exoplanetarias.

Lea el artículo: Helio en la atmósfera erosionada de un exoplaneta

WASP-107b es de tamaño comparable a Júpiter, pero tiene aproximadamente un octavo de la masa. La baja masa del exoplaneta en relación con su tamaño sustancial hace que sea difícil para el planeta retener su atmósfera, especialmente en presencia de una fuerte radiación ultravioleta de su estrella anfitriona. Aunque esta estrella es más pequeña y más fría que el Sol, está rodeada de campos magnéticos producidos por la estrella. Las contorsiones de estos campos emiten radiación ultravioleta que energiza la atmósfera del planeta.

Habló et al. observó WASP-107b usando una cámara a bordo del Telescopio Espacial Hubble, y concluyó que la atmósfera del planeta escapa para formar una cola parecida a un cometa (Fig. 1). Los astrónomos saben desde hace mucho tiempo que los planetas gigantes pueden perder su atmósfera de esta manera 5, por lo que este aspecto del trabajo de Spake y sus colegas no es sorprendente. Pero los autores han agregado un giro clave a la historia. Hasta ahora, solo el hidrógeno (el componente principal de los planetas gigantes) y algunos elementos con poca abundancia 6 se han identificado en la erosión de las atmósferas exoplanetarias.

Figura 1 | La atmósfera de escape de WASP-107b. Mientras el exoplaneta gigante WASP-107b orbita alrededor de su estrella anfitriona, la radiación ultravioleta de la estrella energiza la atmósfera del planeta. Habló et al. 4 muestran que esto hace que la atmósfera se escape y forme una cola gaseosa. Los autores detectaron átomos de helio en los gases que escapaban. Esta es la primera vez que se identifica helio en una atmósfera exoplanetaria.

Los átomos en la cola gaseosa de un exoplaneta se detectan más fácilmente cuando absorben luz estelar durante un tránsito, un paso del planeta frente a su estrella anfitriona. Sin embargo, los átomos en una cola tan tenue tienden a relajarse a su estado de energía más baja (base). En este estado, la mayoría de los átomos absorben principalmente luz ultravioleta y medir dicha absorción es difícil por dos razones.

Primero, la atmósfera de la Tierra es opaca a la mayoría de la luz ultravioleta, lo que significa que las mediciones de absorción deben realizarse desde el espacio. Actualmente, solo el Hubble tiene la capacidad para estudios ultravioleta de atmósferas exoplanetarias, y este telescopio podría llegar al final de la vida útil de su misión en la próxima década. En segundo lugar, el patrón de cuánta luz estelar ultravioleta es absorbida por los planetas en tránsito en función del tiempo o la longitud de onda tiende a ser complejo. Tal complejidad dificulta la interpretación de las mediciones ultravioleta de la atmósfera de un planeta en tránsito.

Afortunadamente, los átomos de helio tienen un estado de larga duración (metaestable), además del estado fundamental. Los átomos de helio metaestables absorben la luz estelar del infrarrojo cercano, que tiene una longitud de onda solo un poco más allá de los límites de la visión humana. Las mediciones en esta longitud de onda son mucho más fáciles de interpretar que las que se realizan en longitudes de onda ultravioleta.

Spake y sus colegas observaron un tránsito de WASP-107b y midieron la cantidad de luz estelar del infrarrojo cercano que se transmitía a través de la atmósfera erosionada del planeta en función de la longitud de onda. Los autores identificaron una característica de absorción estrecha que asociaron con átomos de helio metaestables (ver Fig. 1 del artículo 4). Esta señal es más de cinco veces mayor que cualquier señal falsa que pudiera producirse por la actividad estelar.

La detección de helio en las atmósferas de escape de otros exoplanetas será difícil porque la señal de absorción es intrínsecamente débil, especialmente para planetas más pequeños que WASP-107b. Sin embargo, los astrónomos aceptarán con entusiasmo el desafío. La firma en el infrarrojo cercano del helio metaestable se transmite fácilmente a través de la atmósfera de la Tierra, lo que significa que las atmósferas exoplanetarias en erosión podrían ser probadas utilizando telescopios terrestres. El advenimiento de una nueva generación de telescopios extremadamente grandes en los observatorios terrestres 7 permitirá a los astrónomos estudiar las atmósferas que se escapan de planetas tan pequeños como Neptuno, que tiene un radio cuatro veces mayor que el de la Tierra.

Los teóricos han predicho que las atmósferas de exoplanetas del tamaño de Neptuno podrían ser ricas en helio 8, debido a las diferencias en las velocidades a las que el hidrógeno y el helio se pierden en el espacio. Al igual que otros planetas gigantes, se cree que estos cuerpos comienzan con atmósferas predominantemente de hidrógeno, helio abundante y cantidades más pequeñas de elementos más pesados ​​que el helio. A medida que sus atmósferas escapan, el hidrógeno se pierde más rápidamente, lo que lleva a un enriquecimiento relativo gradual en el contenido de helio de la atmósfera.

Los elementos más pesados ​​como el carbono y el oxígeno tardarían en escapar y, en principio, podrían estar presentes en atmósferas exoplanetarias en cantidades concentradas. Estos elementos más pesados ​​son clave para comprender cómo se forman los planetas y cómo adquieren sus atmósferas. Para los astrónomos planetarios, una atmósfera fugitiva rica en elementos pesados ​​es una especie de tesoro cósmico, que brinda amplias oportunidades científicas para estudiar la formación y evolución planetarias. La detección de helio por parte de Spake y sus colegas en WASP-107b permitirá a los astrónomos buscar atmósferas ricas en helio, y quizás en elementos más pesados, abriendo así un nuevo subcampo de la ciencia exoplanetaria.

Naturaleza 557, 35-36 (2018)


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Es un componente importante de los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar.

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El exoplaneta solo se descubrió en 2017, orbita a su estrella anfitriona cada seis días y tiene una temperatura superficial de 500 ° C (930 ° F).

Ahora, el equipo de investigación cree que el estudio innovador podría allanar el camino para que los científicos descubran más atmósferas alrededor de exoplanetas del tamaño de la Tierra en toda la galaxia.

El helio se descubrió analizando el espectro de luz que atravesaba la atmósfera del planeta. El planeta se encuentra a 200 años luz de la Tierra en la constelación de Virgo, es similar en tamaño a Júpiter y tiene solo el 12 por ciento de su masa.

Los investigadores utilizaron un nuevo método que utiliza infrarrojos, no el ultravioleta tradicional, para hacer el descubrimiento.

Jessica Spake, estudiante de doctorado en astronomía en la Universidad de Exeter, dijo: 'Esperamos usar esta técnica con el próximo telescopio espacial James Webb, por ejemplo, para saber qué tipo de planetas tienen grandes envolturas de hidrógeno y helio, y cuánto tiempo pueden hacerlo los planetas. aferrarse a sus atmósferas.

"Al medir la luz infrarroja, podemos ver más lejos en el espacio que si estuviéramos usando luz ultravioleta".

WASP-107b tiene una densidad muy baja, es similar en tamaño a Júpiter, pero con solo el 12 por ciento de su masa.

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A menudo lo hacen usando un telescopio similar al telescopio Hubble de la NASA.

Estos enormes satélites escanean el cielo y se fijan en exoplanetas que la NASA cree que pueden ser de interés.

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Uno de los más importantes y útiles se llama espectroscopia de absorción.

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Cada gas absorbe una longitud de onda de luz ligeramente diferente, y cuando esto sucede, aparece una línea negra en un espectro completo.

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Al combinar todas las diferentes longitudes de onda de las luces, los científicos pueden determinar todas las sustancias químicas que componen la atmósfera de un planeta.

La clave es que lo que falta, proporciona las pistas para descubrir lo que está presente.

Es de vital importancia que esto se haga mediante telescopios espaciales, ya que la atmósfera de la Tierra interferiría.

La absorción de sustancias químicas en nuestra atmósfera sesgaría la muestra, por lo que es importante estudiar la luz antes de que tenga la oportunidad de llegar a la Tierra.

Esto se usa a menudo para buscar helio, sodio e incluso oxígeno en atmósferas extrañas.

Este diagrama muestra cómo la luz que pasa de una estrella y a través de la atmósfera de un exoplaneta produce líneas de Fraunhofer que indican la presencia de compuestos clave como el sodio o el helio.

En este método, los investigadores pueden saber qué elementos y compuestos están presentes mediante ciertas longitudes de onda que no se detectan.

Este método, llamado espectroscopia de absorción, se utiliza para encontrar los gases y productos químicos que se encuentran en la atmósfera de un planeta.

Cada gas absorbe una longitud de onda de luz ligeramente diferente, y cuando esto sucede, aparece una línea negra en un espectro completo.

Estas líneas corresponden a una molécula muy específica, lo que indica que está presente en la atmósfera de un planeta.

Con este método, los investigadores pudieron detectar la presencia de helio en un estado excitado, cargado con altos niveles de energía debido a la alta temperatura de la superficie del planeta.

El coautor del estudio, el Dr. Tom Evans, de la Universidad de Exeter, agregó: “El helio que detectamos se extiende hacia el espacio como una tenue nube que rodea el planeta.

"Si los planetas más pequeños del tamaño de la Tierra tienen nubes de helio similares, esta nueva técnica ofrece un medio emocionante para estudiar sus atmósferas superiores en un futuro muy cercano".


Los astrónomos detectan una nube de helio alrededor de Exo-Neptuno HAT-P-11b

Un equipo internacional de astrónomos ha detectado helio que se escapa de la atmósfera superior de HAT-P-11b, un exoplaneta de masa de Neptuno ubicado en la constelación de Cygnus, a unos 122 años luz de distancia. El gas inerte está en una nube extendida que se escapa de HAT-P-11b, al igual que un globo de helio podría escapar de la mano de una persona.

Impresión artística del exoplaneta HAT-P-11b con su atmósfera de helio extendida arrastrada por la estrella, una estrella enana naranja más pequeña, pero más activa, que el Sol. Crédito de la imagen: Denis Bajram.

Descubierto en 2009, HAT-P-11b tiene aproximadamente 4 veces el radio de la Tierra y aproximadamente 26 veces la masa de la Tierra.

El planeta gigante orbita muy cerca de su estrella anfitriona, una estrella de tipo K llamada HAT-P-11, y por lo tanto es increíblemente caliente, con temperaturas de alrededor de 1.100 grados Fahrenheit (605 grados Celsius).

Usando el espectrógrafo Carmenes en el telescopio de 4 m en Calar Alto en España, el astrónomo de la Universidad de Ginebra Romain Allart y sus coautores detectaron átomos de helio y midieron su velocidad en la atmósfera superior de HAT-P-11b.

"Sospechamos que su proximidad a la estrella podría afectar la atmósfera del exoplaneta", dijo Allart.

"Estas nuevas observaciones son tan precisas que la atmósfera del exoplaneta indudablemente está inflada por la radiación estelar y escapa al espacio".

El concepto de este artista # 8217 muestra cómo puede verse el cielo en el exoplaneta HAT-P-11b. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech.

Las observaciones están respaldadas por una simulación por computadora de última generación utilizada para rastrear la trayectoria de los átomos de helio.

"El helio se aleja del lado diurno del planeta a su lado nocturno a más de 6.200 mph (10.000 km por hora)", dijo el Dr. Vincent Bourrier, astrónomo de la Universidad de Ginebra.

"Debido a que es un gas tan ligero, se escapa fácilmente de la atracción del planeta y forma una nube extendida a su alrededor".

"Es este fenómeno el que hace que HAT-P-11b esté tan inflado, como un globo de helio".

"Este es un descubrimiento realmente emocionante, particularmente porque el helio solo se detectó en atmósferas de exoplanetas por primera vez a principios de este año", dijo la Dra. Jessica Spake, astrónoma de la Universidad de Exeter.

"Las observaciones muestran que el helio es expulsado del planeta por la radiación de su estrella anfitriona".

"Con suerte, podemos utilizar este nuevo estudio para saber qué tipos de planetas tienen grandes envolturas de hidrógeno y helio, y cuánto tiempo pueden mantener los gases en sus atmósferas".


Espectroscopia y el descubrimiento del helio

Un elemento completamente nuevo fue descubierto por los astrónomos en el siglo XIX cuando aplicaron la entonces naciente herramienta de diagnóstico de la espectroscopia a la exploración del cosmos. El helio, desconocido en la Tierra en ese momento, fue descubierto en un espectro tomado de la luz del Sol.

Los dos elementos más abundantes en el Universo son los dos elementos más ligeros, hidrógeno y helio. Constituyen la gran mayoría de la masa del universo observable, empequeñeciendo la contribución de todos los elementos más pesados ​​combinados por un amplio margen. El helio es el segundo elemento más ligero y el segundo más abundante. Constituye casi una cuarta parte de la masa contenida en las estrellas. Las estrellas son de hecho fábricas de helio. Pasan la mayor parte de su vida creando helio a partir del hidrógeno de sus núcleos, mediante el proceso de fusión nuclear. Sin embargo, el helio era un elemento desconocido hasta mediados del siglo XIX. Solo se descubrió por casualidad mediante la aplicación de la nueva herramienta de espectroscopía a las observaciones de la luz del Sol, lo que permitió dividir la luz en los colores que la componen.

Los principios de la espectroscopía descritos en un útil gráfico del Observatorio de Lund. La luz de una estrella pasa a través de un prisma y se difunde en sus colores en el espectro de la derecha. Las líneas oscuras en el espectro son causadas por la absorción de la luz de la estrella en longitudes de onda específicas debido a los elementos en las capas externas de la estrella. Proporcionan una huella digital que permite a los astrónomos averiguar de qué está hecha una estrella.

En 1868, el astrónomo Jules Janssen observó un eclipse solar en la India a través de un prisma. Notó una línea espectral de color amarillo brillante que emanaba de las prominencias solares: tormentas gigantes que brotaban del Sol. La línea no estaba identificada. Al principio se pensó que provenía del elemento químico sodio, ya que estaba cerca de otras dos líneas brillantes que surgen de este elemento. Las dos líneas de sodio se conocían como las líneas Fraunhofer D1 y D2, que llevan el nombre de su descubridor. La línea desconocida fue identificada más tarde ese año por el astrónomo Norman Lockyer en un espectro solar y la llamó línea D3 Fraunhofer. Concluyó que fue causado por un elemento nuevo y desconocido. Lockyer lo llamó Helios, después de la palabra griega para el sol. Entonces se desconocía el helio y, de hecho, no se descubrió en la Tierra hasta pasados ​​27 años, hasta 1895.

En los años siguientes se han descubierto varias propiedades fascinantes del helio. Se descubrió que la partícula alfa, producida a través de la desintegración radiactiva, era un núcleo de helio. Es el producto más básico de la fusión nuclear en las estrellas, ya que los protones se convierten en núcleos de helio. El helio, cuando se enfría casi al cero absoluto, es un líquido y no tiene viscosidad, un fenómeno que llamamos superfluidez.

Este gráfico representa la amplia gama de usos a los que se aplica el helio en una variedad de aplicaciones industriales. Crédito: USGS

El helio se utiliza ahora en una amplia gama de aplicaciones industriales importantes. El más conocido es el vuelo, donde el gas helio (que es menos denso que el aire) proporciona de forma natural flotabilidad para aeronaves y globos. Debido a su bajo punto de ebullición, el helio se usa ampliamente en aplicaciones criogénicas. El helio líquido actúa como refrigerante para los escáneres superconductores de “imágenes por resonancia magnética” (IRM) que se utilizan para el diagnóstico médico.


Helio descubierto en exoplaneta & # 8216Tail & # 8217

Los científicos han estado diciendo desde hace algún tiempo que el helio debería ser fácilmente detectable en las atmósferas de los planetas gigantes gaseosos & # 8212 después de todo, este es el segundo elemento más común en el universo, y sabemos que es abundante en Júpiter y Saturno. El problema ha sido cómo detectarlo, cuestión que la historia de esta mañana pone de relieve. En la Universidad de Exeter (Reino Unido), Jessica Spake ha hecho un buen uso de los datos de la cámara de campo amplio 3 del telescopio Hubble, encontrando una gran cantidad de helio en la atmósfera superior. El planeta en cuestión es el hinchado WASP-107b, y esto marca la primera detección de helio del gas inerte en un exoplaneta.

A unos 200 años luz de la Tierra en la constelación de Virgo, WASP-107b muestra poca similitud con cualquier cosa en nuestro propio Sistema Solar. Fue descubierto en 2017 y es uno de los planetas de menor densidad encontrados hasta ahora, un mundo que, aunque tiene aproximadamente el mismo tamaño que Júpiter, tiene solo el 12 por ciento de su masa. En una estrecha órbita de seis días alrededor de su primaria de clase K, el planeta tiene una atmósfera que aparentemente, a juzgar por la cantidad de helio que Spake y su equipo han encontrado, se extiende a decenas de miles de kilómetros en el espacio.

Imagen: El exoplaneta WASP-107b es un gigante gaseoso que orbita una estrella de secuencia principal de tipo K altamente activa. La estrella está a unos 200 años luz de la Tierra. Usando espectroscopía, los científicos pudieron encontrar helio en la atmósfera que se escapaba del planeta, la primera detección de este elemento en la atmósfera de un exoplaneta. Crédito: ESA / Hubble, NASA, M. Kornmesser.

Encontrar helio aquí no es ninguna sorpresa, pero la historia es interesante debido a los métodos de detección utilizados. Analizamos las atmósferas de exoplanetas cuando un mundo en tránsito pasa frente a su estrella como se ve desde la Tierra, dejando evidencia espectral de los elementos constituyentes. Semejante espectroscopia de transmisión ha permitido la investigación de otras atmósferas extendidas, trabajando en longitudes de onda ultravioleta y visible. El equipo de Spake hizo su trabajo en infrarrojos.

“La fuerte señal del helio que medimos demuestra una nueva técnica para estudiar las capas superiores de atmósferas de exoplanetas en una gama más amplia de planetas”, dice Spake. “Los métodos actuales, que utilizan luz ultravioleta, se limitan a los exoplanetas más cercanos. Sabemos que hay helio en la atmósfera superior de la Tierra y esta nueva técnica puede ayudarnos a detectar atmósferas alrededor de exoplanetas del tamaño de la Tierra, lo cual es muy difícil con la tecnología actual ".

La baja masa de WASP-107b en relación con su tamaño hace que retener su atmósfera sea un problema. La atmósfera extendida del planeta está disminuyendo gradualmente, con aproximadamente

0,1-4% de su masa total desaparece cada mil millones de años. Lo que agrava el efecto es la actividad estelar en la estrella anfitriona, radiación que es absorbida por la atmósfera y hace que se caliente aún más. Como señala Drake Deming en un artículo que aparece en el mismo número de Naturaleza como el papel de Spake, la estrella primaria está dividida por campos magnéticos, produciendo un fuerte flujo ultravioleta.

El resultado es una cola gaseosa en la que los autores detectaron átomos de helio. Los problemas de detección son complejos, ya que los átomos en una cola extendida como esta tienden a relajarse en su estado fundamental, absorbiendo la luz ultravioleta, y esa absorción en función del tiempo o la longitud de onda, dice Deming, puede ser compleja. El trabajo de Spake aprovecha el hecho de que los átomos de helio también se encuentran en un estado metaestable, uno que puede absorber luz estelar del infrarrojo cercano, y las mediciones en estas longitudes de onda son más fáciles de interpretar. Esto también es útil porque, si bien la atmósfera de la Tierra es opaca a los rayos ultravioleta, los telescopios terrestres pueden ver la señal del infrarrojo cercano del helio.

Spake estaba trabajando con datos del Hubble, pero este tipo de análisis puede estar disponible en el terreno. Nuestra próxima generación de telescopios extremadamente grandes debería poder ubicar atmósferas en fuga alrededor de otros exoplanetas. Es de esperar que el helio persista en los planetas de la clase Neptuno donde ya se ha escapado un hidrógeno más ligero, pero las tasas de escape también pueden ser útiles cuando se trata de otros aspectos de la composición de los exoplanetas. De nuevo me dirijo a Deming:

Los elementos más pesados ​​como el carbono y el oxígeno tardarían en escapar y, en principio, podrían estar presentes en atmósferas exoplanetarias en cantidades concentradas. Estos elementos más pesados ​​son clave para comprender cómo se forman los planetas y cómo adquieren sus atmósferas. Para los astrónomos planetarios, una atmósfera fugitiva rica en elementos pesados ​​es una especie de tesoro cósmico, que brinda amplias oportunidades científicas para estudiar la formación y evolución planetarias. La detección de helio por parte de Spake y sus colegas en WASP-107b permitirá a los astrónomos buscar atmósferas ricas en helio, y quizás en elementos más pesados, abriendo así un nuevo subcampo de la ciencia exoplanetaria.

El artículo es Spake et al., "Helio en la atmósfera erosionada de un exoplaneta", Naturaleza 557 (2 de mayo de 2018), 68-70 (resumen).

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El nitrógeno es bastante & # 8220 tímido & # 8221 acerca de mostrar su presencia en espectrogramas (mire cuántas décadas se pensó que Titán tenía solo una atmósfera delgada de metano, hasta que Pioneer 11 y las Voyager encontraron su atmósfera de nitrógeno más gruesa que la Tierra & # 8217s, en que el metano resultó ser un componente bastante menor). Si el helio tampoco se atreve a revelarse a sí mismo (aunque no en el mismo grado que el nitrógeno), es posible que algunos mundos, especialmente aquellos en los que otros constituyentes atmosféricos, & # 8217 firmas espectrales, puedan sobrepasar la del helio, puedan parecer libres de helio ( o pobre en helio) desde lejos.

& # 8220 & # 8230 esta nueva técnica puede ayudarnos a detectar atmósferas alrededor de exoplanetas del tamaño de la Tierra, lo cual es muy difícil con la tecnología actual. & # 8221 Me hacen creer que SOLO helio metaestable excitado es detectable a 10830 angstroms. TENGO ABSOLUTAMENTE AHORA IDEA lo que eso significa, así que ASUMÍ que la parte & # 8220 emocionado & # 8221 provendría de ALTA IRRADIACIÓN. Si esto es correcto, SOLO exoplanetas del tamaño de la Tierra como TRAPPIST-1b son candidatos viables. Por tanto, espero que esto NO sea correcto. Comentarios, alguien? TAMBIÉN: ¡La señal que detectaron fue de 10,833 angstroms, NO de 10830! ¿Podría esto deberse a que el espectroma está ligeramente DESPLAZADO AL ROJO?

Hablando de TRAPPIST-1b: TRAPPIST-1 se está observando OTRA VEZ en el campo de la campaña 19 de Kepler K2. El único inconveniente de esto es que PROBABLEMENTE será un ABREVIADO (es decir, NO el USUAL

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Título del cuadro de investigación

Los astrónomos que utilizan el telescopio espacial Hubble de la NASA han detectado helio en la atmósfera del exoplaneta WASP-107b. Esta es la primera vez que se detecta este elemento en la atmósfera de un planeta fuera del sistema solar. The discovery demonstrates the ability to use infrared spectra to study exoplanet extended atmospheres.

The international team of astronomers, led by Jessica Spake, a PhD student at the University of Exeter in the UK, used Hubble's Wide Field Camera 3 to discover helium in the atmosphere of the exoplanet WASP-107b. This is the first detection of its kind.

Spake explained the importance of the discovery: "Helium is the second-most common element in the universe after hydrogen. It is also one of the main constituents of the planets Jupiter and Saturn in our solar system. However, up until now helium had not been detected on exoplanets — despite searches for it."

The team made the detection by analyzing the infrared spectrum of the atmosphere of WASP-107b. Previous detections of extended exoplanet atmospheres have been made by studying the spectrum at ultraviolet and optical wavelengths this detection therefore demonstrates that exoplanet atmospheres can also be studied at longer wavelengths.

The measurement of an exoplanet's atmosphere is performed when the planet passes in front of its host star. A tiny portion of the star's light passes through the exoplanet's atmosphere, leaving detectable fingerprints in the spectrum of the star. The larger the amount of an element present in the atmosphere, the easier the detection becomes.

"The strong signal from helium we measured demonstrates a new technique to study upper layers of exoplanet atmospheres in a wider range of planets," said Spake. "Current methods, which use ultraviolet light, are limited to the closest exoplanets. We know there is helium in the Earth's upper atmosphere and this new technique may help us to detect atmospheres around Earth-sized exoplanets — which is very difficult with current technology."

WASP-107b is one of the lowest density planets known: While the planet is about the same size as Jupiter, it has only 12 percent of Jupiter's mass. The exoplanet is about 200 light-years from Earth and takes less than six days to orbit its host star.

The amount of helium detected in the atmosphere of WASP-107b is so large that its upper atmosphere must extend tens of thousands of miles out into space. This also makes it the first time that an extended atmosphere has been discovered at infrared wavelengths.

Since its atmosphere is so extended, the planet is losing a significant amount of its atmospheric gases into space — between about 0.1 percent to 4 percent of its atmosphere's total mass every billion years.

Stellar radiation has a significant effect on the rate at which a planet's atmosphere escapes. The star WASP-107 is highly active, supporting the atmospheric loss. As the atmosphere absorbs radiation it heats up, so the gas rapidly expands and escapes more quickly into space.

As far back as the year 2000, it was predicted that helium would be one of the most readily-detectable gases on giant exoplanets, but until now, searches were unsuccessful.

David Sing, co-author of the study also from the University of Exeter, concluded: "Our new method, along with future telescopes such as NASA's James Webb Space Telescope, will allow us to analyze atmospheres of exoplanets in far greater detail than ever before."

The team's study appears on May 2, 2018, in the online issue of science journal Nature.

The international team of astronomers in this study consists of J. Spake (University of Exeter, Exeter, UK), D. Sing (University of Exeter, Exeter, UK Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland), T. Evans (University of Exeter, UK), A. Oklopčić (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts), V. Bourrier (University Geneva Observatory, Sauverny, Switzerland), L. Kreidberg (Harvard Society of Fellows and Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts), B. Rackham (University of Arizona, Tucson, Arizona), J. Irwin (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts), D. Ehrenreich and A. Wyttenbach (University of Geneva Observatory, Sauverny, Switzerland), H. Wakeford (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland), Y. Zhou (University of Arizona, Tucson, Arizona), K. Chubb (University College London, London, UK), N. Nikolov and J. Goyal (University of Exeter, Exeter, UK), G. Henry and M. Williamson (Tennessee State University, Nashville, Tennessee), S. Blumenthal (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland), D. Anderson and C. Hellier (Keele University, Staffordshire, UK), D. Charbonneau (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts), S. Udry (University of Geneva Observatory, Sauverny, Switzerland), and N. Madhusudhan (University of Cambridge, Cambridge, UK).

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA (European Space Agency). NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía en Washington, D.C.

Credits:ESA/Hubble, NASA, and M. Kornmesser Science: NASA, ESA, and J. Spake (University of Exeter)


Helium Discovered in Atmosphere of an Exoplanet for the First Time

For the first time, astronomers have detected the element helium in the atmosphere of a planet outside our Solar System, according to a new study published in the journal Naturaleza.

Helium is the second most abundant element in the universe after hydrogen and is one of the main constituents of the gas giants Jupiter and Saturn.

Due to its ubiquity, scientists have long-thought that helium should be easily detectable in larger exoplanets&mdashplanets which orbit stars outside the Solar System&mdashhowever, more than a decade of searching for the gas in the atmospheres of these distant worlds has proven unsuccessful, until now.

Using the Hubble Space Telescope, an international team of astronomers unexpectedly detected the element on WASP-107b&mdasha strange, Jupiter-sized exoplanet located around 200 light-years from Earth with one of the lowest known densities (it only has 12% of Jupiter's mass).

The team were actually looking for methane but analysis of infrared light coming from the atmosphere of WASP-107b showed that the planet's atmosphere was filled with helium. Furthermore, the scientists found that the planet's upper atmosphere extends tens of thousands of miles into space as a result of its weak gravitational pull. It is also slowly eroding due to significant amounts of gas being lost.

The latest findings demonstrate the effectiveness of using infrared detection methods to study the atmosphere of exoplanets. Previously, scientists have relied on techniques that use ultraviolet and optical wavelengths, which have their limitations.

"The strong signal from helium we measured demonstrates a new technique to study upper layers of exoplanet atmospheres in a wider range of planets," Jessica Spake, lead author of the study from the University of Exeter in the U.K, said in a statement.

"Current methods, which use ultraviolet light, are limited to the closest exoplanets. We know there is helium in the Earth's upper atmosphere and this new technique may help us to detect atmospheres around Earth-sized exoplanets&mdashwhich is very difficult with current technology."

The team's new method of detection&mdashalongside upcoming observation missions such as the James Webb Space Telescope&mdashwill enable researchers to examine the atmosphere of exoplanets in far greater detail than ever before, a factor which could have important implications in the search for life beyond our planet.


Extended Data Fig. 1 G102 white-light curve and broadband spectroscopic light curves covering the wavelength range 0.88–1.14 μm for WASP-107b.

a, Relative flux of the white-light curve with respect to systematics model results (blue points), with the best-fitting transit light curve plotted in black. B, White-light residuals and 1σ errors, after removing the combined transit and systematics components of the best-fitting model. C, Points are spectroscopic light curves divided by systematics model results, and black curves are best-fitting transit models, with vertical offsets applied for clarity. D, Best-fitting spectroscopic model residuals, with vertical offsets applied for clarity. Differently coloured points in C y D are used to highlight separate channels.

Extended Data Fig. 2 Narrowband (four-pixel-wide) spectroscopic light curves covering the wavelength range 1.06–1.12 μm.

a, Points are light curves divided by systematics model results, black curves are best-fitting transit models. B, Best-fitting model residuals, with vertical offsets applied for clarity. Differently coloured points correspond to different channels. The five non-overlapping channels used to measure the 10,833-Å line absorption are highlighted in blue.

Extended Data Fig. 3 Ground-based photometry for WASP-107 from MEarth.

We performed a Lomb–Scargle periodogram search and found a best-fitting period of 19.7 ± 0.9 days (dashed red line), with a relative amplitude of about 0.15%. Solid red lines show the results of the best-fitting sinusoidal model.

Extended Data Fig. 4 Ground-based photometry for WASP-107b from AIT.

a, Nightly photometric observations of WASP-107, acquired with Tennessee State University’s C14 AIT at the Fairborn Observatory during the 2017 observing season. The number of observations (Nobs) was 120. ΔR is the relative flux in the Cousins R band. B, The frequency spectrum of the 2017 observations shows low-amplitude variability with a period (P) of 8.675 days (a frequency, f, of 0.115 cycles per day). C, The data phased to the 8.675-day period have a peak-to-peak amplitude of only 0.005 mag. HJD, heliocentric Julian Date UCT, coordinated universal time c/d, cycles per day Tmin, best-fit ephemeris.

Extended Data Fig. 5 Equivalent widths of helium 5,876-Å and 10,830-Å lines.

a, Measurements for 30 stars of different colour indices with 1σ errors from a previous work 60 . The two helium lines are expected to form in the same stellar-atmosphere regions and their equivalent widths are clearly correlated. Our 5,876-Å line measurement for WASP-107 (colour index B–V > 0.7), obtained from HARPS spectra, is plotted as a red line and the red-shaded region shows the 1σ error. B, Co-added spectra of WASP-107b around the 5,876-Å line of metastable helium from the HARPS radial-velocity campaign (blue line). Absorption lines are fitted with Gaussian profiles, and the best-fit results are shown as green, yellow and red lines, with the sum of the profiles shown in black. The best-fitting line profile of the 5,876-Å line is shaded in grey.

Extended Data Fig. 6 Effects of an inhomogeneous photosphere on the transmission spectrum of WASP-107b.

Lines show the stellar contamination produced by unocculted spots and faculae. Shaded regions indicate the 1σ uncertainty on the stellar contamination due to the uncertainty on spot- and faculae-covering fractions. a, The region around the 10,830-Å (air wavelength) helium triplet at the resolution of the PHOENIX spectra (resolving power, R = 500,000). (b) The full G102 wavelength range in 15-Å bins.



Comentarios:

  1. Maheloas

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  3. Simcha

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