Explora los misterios del universo
Escuela de Astronomía y Ciencias Espaciales de la Universidad de Nanjing
Un equipo de investigación astronómica internacional detectó por primera vez el isótopo de carbono 13C en la atmósfera de un exoplaneta y descubrió que su contenido relativo es más alto que los estándares de la Tierra (Figura 1). Esto ayuda a los investigadores a rastrear la historia de formación y evolución de dichos planetas. El 1 de julio se publicó en la revista Nature un artículo de investigación relacionado (titulado "Atmósfera rica en 13co de jóvenes superjupiters en acreción"). Zhang, el primer autor del artículo, se graduó en la Escuela de Astronomía y Ciencias Espaciales de la Universidad de Nanjing en 2017 y actualmente es estudiante de doctorado en el Observatorio de Leiden en los Países Bajos.
Figura 1: Detección de isótopos en atmósferas de exoplanetas (imagen imaginaria) ¿Dani? lle Futselaar
1 Los isótopos, muy utilizados en el monte Murangma, se refieren a diferentes tipos de un mismo elemento químico. Aunque estos isótopos tienen la misma cantidad de protones, tienen diferente cantidad de neutrones. Por ejemplo, los átomos de carbono que contienen 6 protones y 6 neutrones son los 12C más comunes, pero también hay átomos de carbono que contienen 7 u 8 neutrones, llamados 13C o 14C. Aunque sus propiedades químicas son similares, los procesos de formación de varios isótopos y sus reacciones al medio ambiente son diferentes. Por ello, los isótopos se utilizan en una amplia variedad de áreas de investigación, desde la detección del cáncer y las enfermedades cardiovasculares hasta el cambio climático y la deducción de la edad de los fósiles. Los astrónomos también utilizan isótopos para estudiar la evolución de las estrellas y el medio interestelar, así como los orígenes del sistema solar y los exoplanetas.
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Exoplanetas ricos y diversos
Hasta ahora, los astrónomos han descubierto más de 4.000 exoplanetas, y el número está aumentando rápidamente. Sin embargo, la mayoría de los exoplanetas son muy diferentes de los planetas de nuestro sistema solar. Poseen masas extremadamente altas (por ejemplo, "súper Júpiter") u ocupan órbitas extremadamente cercanas (Júpiter calientes)... La diversidad de exoplanetas plantea nuevos desafíos a las teorías de formación de planetas. Muchas preguntas fundamentales aún desconciertan a los astrónomos: ¿el camino hacia la formación de planetas fue de arriba hacia abajo o de abajo hacia arriba? ¿Dónde se forman? ¿Se moverán las vías? .....Una de las claves para resolver estos misterios es la composición de las atmósferas de los exoplanetas, que actúan como restos fosilizados que registran el pasado lejano de estos planetas.
Figura 2: Diagrama esquemático del entorno de formación de planetas. Los planetas nacen en discos protoplanetarios alrededor de estrellas y el monóxido de carbono (CO) es el principal portador de carbono. La línea de nieve del monóxido de carbono representa la línea divisoria entre si el monóxido de carbono es un gas o un sólido. Los dos planetas ubicados dentro de la línea de nieve de CO representan las posiciones actuales de Júpiter y Neptuno en el sistema solar, mientras que TYC 8998 b está lejos de la línea de nieve de CO. A una distancia tan larga, la mayor parte del CO queda congelado en la superficie de la materia sólida, convirtiéndose en la principal materia prima para la formación de planetas. Debido a que el 13C se une más fácilmente a las superficies sólidas, los planetas resultantes son más abundantes en 13C.
Usando isótopos para rastrear el origen de exoplanetas, investigadores que utilizaron el VLT del Observatorio Europeo Austral (ESO) descubrieron dos isótopos de carbono en la atmósfera de un súper Júpiter llamado TYC 8998-760-1 b. Las proporciones son inusual. El planeta es casi 14 veces más pesado que Júpiter en el sistema solar y está a 300 años luz de la Tierra. Esta es la primera vez que los astrónomos observan el isótopo en un exoplaneta distante. Utilizaron diferentes señales de absorción espectral para distinguir el 13CO y el 12CO (dos formas isotópicas de la molécula de monóxido de carbono) y determinar sus cantidades relativas. Los astrónomos esperan que la proporción de 13C a 12C en el medio interestelar sea aproximadamente 1:70, pero la atmósfera del planeta tiene el doble de 13C. La "superación del estándar" de 13C en la atmósfera de este planeta nos proporciona pistas sobre su posible proceso de origen (Figura 2). Zhang explicó: "Este súper Júpiter está muy lejos de su estrella anfitriona, más de 160 veces la distancia entre el Sol y la Tierra. A una distancia tan larga, más 13C del disco protoplanetario está congelado en la superficie de la materia sólida. Esta materia sólida nació aquí. La absorción por el planeta crea la atmósfera rica en C que se observa hoy. "Así, midiendo las cantidades relativas de isótopos en la atmósfera, los investigadores pueden rastrear dónde se formó el planeta y el entorno material que lo rodea".
Ignas Snellen, autor correspondiente del artículo y profesor de la Universidad de Leiden, dijo: "Este descubrimiento abre un nuevo camino para estudiar la relación entre las atmósferas de los exoplanetas y la formación de planetas.
En el futuro, los astrónomos ampliarán las observaciones de isótopos a una variedad de sistemas exoplanetarios, lo que revelará aún más los orígenes de los planetas. ¡Esto es sólo el comienzo! ”