Com el telescopi James Webb ajudarà a avançar l'estudi de planetes que podrien ser habitables

Dossier La ciència del 2023 Desplega

Ciberseguretat

L'anell quàntic de Collserola

Recerca mèdica

Càncer, diabetis i Alzheimer: avenços mèdics que esperem el 2023

Astronomia

A la recerca de fusions d’estrelles de neutrons

Exploració espacial

Com el telescopi James Webb ajudarà a avançar l'estudi de planetes que podrien ser habitables

Prehistòria

Noves eines per estudiar l’origen de l’espècie humana

Si fa 25 anys la troballa d’un nou exoplaneta, és a dir, un planeta que orbita una estrella diferent del Sol, era una notícia de portada, avui dia, amb més de 5.000 exoplanetes confirmats, s’ha convertit gairebé en una rutina. Ara, només la descoberta de planetes que podrien assemblar-se a la nostra Terra té repercussió fora de l’àmbit més científic.

Cap aquí s’encamina una de les branques més actives d’aquesta recerca, que té el propòsit de trobar planetes amb les condicions adients perquè la vida s’hi pugui desenvolupar. Tanmateix, la identificació de vida, si bé és un objectiu cabdal i d’impacte social indiscutible, no és l’única motivació per estudiar exoplanetes. Ens manca encara molt de coneixement sobre com es formen els sistemes planetaris, sobre les característiques físiques i químiques dels seus planetes i, especialment, sobre el context del nostre sistema solar en aquesta varietat d’astres que anem descobrint.

El trànsit

Tot i que hem pogut mesurar les masses i els radis d’un gran nombre d’exoplanetes, per saber de què estan fets i comprendre’n els processos de formació i evolució resulta essencial conèixer la composició química i les propietats de les seves atmosferes. Gràcies a la tècnica dels trànsits, això és possible. Quan es produeix un trànsit, el disc del planeta passa per davant de l’estrella i n’oculta una petita part, de manera que l’estrella brilla una mica menys. Si el planeta té atmosfera, l’anell de gas també tapa part de l’estrella durant el trànsit, però té uns compostos químics que el fan més transparent o més opac segons quina sigui la longitud d’ona de la llum en la qual s’observa.

Per tant, gràcies al trànsit es pot reconstruir el que anomenem espectre de transmissió del planeta, que és la llum que l’anell d’atmosfera deixa passar, i esbrinar així quins compostos químics el poblen. El repte és que les dades han de ser de gran precisió, ja que, per detectar l’atmosfera del planeta, cal mesurar canvis en la llum més petits que una mil·lèsima part. Aquesta tècnica s’ha usat, per exemple, amb els telescopis espacials Hubble i Spitzer. Gràcies al perfeccionament de les eines de processament de dades, hem aconseguit arribar, amb penes i treballs, a fer mesures amb una precisió d’unes poques parts en deu mil.

Amb l’entrada en funcionament del telescopi James Webb, la situació ha canviat per complet. Els seus potents instruments, que cobreixen des de la llum visible fins a l’infraroig, són capaços d’obtenir espectres d’exoplanetes amb una precisió sense precedents. Des del primer moment, es van obtenir mesures amb incerteses de tan sols unes quantes parts per milió, tal com demostrava l’anunci que es va fer al mes d’agost del primer espectre exoplanetari.

Un gegant de gas per entrar en calor

Es tractava de WASP-39 b, un gegant de gas a 700 anys llum de nosaltres. Té una massa semblant a la de Saturn però un radi un 30% més gran que el de Júpiter, la qual cosa el fa un dels exoplanetes menys densos coneguts. Orbita la seva estrella a tan sols una vintena part de la distància Sol-Terra, i això fa que tingui una temperatura molt elevada, uns 900 °C. La combinació de l’alta temperatura i la baixa densitat el fa molt adient per estudiar la seva atmosfera mitjançant el trànsit.

Durant els darrers mesos s’ha treballat en l’anàlisi dels espectres de WASP-39 b que va obtenir el James Webb. Són d’una qualitat tan extraordinària que permeten comparar diversos models d’atmosfera per extreure’n conclusions reveladores. Els resultats es van publicar a finals de novembre i no hi van faltar les sorpreses... S’hi detecta, inequívocament, diòxid de carboni en abundància. Aquesta molècula és molt interessant perquè es pot fer servir com a traçador de la història del planeta, ja que indica quina era la fracció de material sòlid respecte del gasós en el moment de la seva formació. Les dades també permeten determinar la presència d’altres molècules com el vapor d’aigua i el monòxid de carboni, així com d’àtoms com el sodi i el potassi.

Fins aquí, res fora de l’habitual, ja que aquests compostos s’havien trobat amb anterioritat. Ara bé, hi ha dos resultats especialment destacables. Un és l’absència de metà en quantitats mesurables, que també s’esperaria que fos una molècula força abundant. No està clar si la radiació de l’estrella la destrueix o bé si l’abundància relativa d’àtoms de carboni i oxigen és diferent de l’esperada. Un petit misteri encara per resoldre.

L’altra sorpresa és la troballa de diòxid de sofre, que no s’havia observat mai. La rellevància de la descoberta és que aquesta molècula es forma en reaccions fotoquímiques en què la radiació ultraviolada de l’estrella trenca la molècula d’àcid sulfhídric i, aleshores, el sofre s’ajunta amb oxigen. Tot i que es tracta d’unes reaccions molt senzilles, és la primera vegada que s’observa l’existència de processos químics actius en l’atmosfera d’un exoplaneta de manera concloent. I això sí que és tota una revelació.

Els planetes de TRAPPIST-1

Tots aquests resultats tan espectaculars provenen només de l’observació d’un sol exoplaneta. Imaginem-nos tota la ciència que podrà fer el Webb a mesura que vagi recollint més i més dades d’atmosferes planetàries. S’espera que n’observi desenes, potser fins i tot centenars, al llarg de la seva vida útil. Entre les fites destacables hi haurà l’observació no ja de planetes gasosos sinó de tipus terrestre, per esbrinar si tenen atmosfera. Aquí el protagonista serà el sistema TRAPPIST-1, amb tres planetes potencialment habitables. Les observacions de TRAPPIST-1 e, el més calent de tots tres, ja comencen a arribar. Si el Webb pot establir les propietats de la seva atmosfera, encara que no sigui de manera gaire precisa, serà un resultat de primera magnitud. I aquest és un dels esperables. Segurament n’arribaran molts més que ara ni tan sols imaginem.