Los astrónomos ahora tienen una manera de descubrir cómo planetas gigantes gaseosos forma, gracias a un descubrimiento del Telescopio espacial James Webb (JWST) de «isotopólogos» de amoníaco, que son moléculas que contienen los mismos elementos pero con diferente número de neutrones.
El núcleo de una átomo está hecho de un montón de protones y neutrones, y aunque el número de protones dentro de un elemento no cambia (por ejemplo, los átomos de carbono siempre contienen seis protones y los átomos de nitrógeno siempre tienen siete protones), el número de neutrones puede variar. Cuando ocurre tal variación, un átomo se convierte en un isótopo. Cuando los isótopos forman parte de una molécula más grande, los llamamos isotopólogos.
Por ejemplo, el isótopo de carbono 12 (12C) contiene seis protones y seis neutrones, pero el isótopo de carbono 13 (13C) es más pesado, con seis protones y siete neutrones. Esta relación de 12C a 13C se utiliza comúnmente para inferir detalles sobre la historia de los sistemas planetarios, porque los diferentes isótopos tienen propiedades y orígenes ligeramente diferentes.
Si bien se han detectado muchos isótopos diferentes en las atmósferas de los planetas del sistema solarlas grandes distancias a exoplanetas Esto significa que, hasta ahora, los únicos isótopos detectables en atmósferas exoplanetarias han sido el 12C y el 13C.
Ahora, sin embargo, eso está cambiando gracias al JWST y a un equipo dirigido por los astrónomos David Barrado, Paul Mollière y Polychronis Patapis del Centro de Astrobiología de Madrid.
Utilizaron el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del JWST para detectar isotopólogos de amoníaco en la atmósfera fría. enana marrón conocido como WISE-J1828, que se encuentra a 32,5 años luz en dirección a la constelación estival de Lyra, la Lira. La enana marrón es tan fría que tiene una temperatura estimada de sólo 100 grados Celsius (212 grados Fahrenheit)
Para ser claros, una enana marrón no es técnicamente un planeta; es una «estrella fallida» o un objeto que no tiene la masa suficiente para encenderse fusión nuclear reacciones del hidrógeno dentro de su núcleo. Sin embargo, las enanas marrones son un buen indicador de algunos planetas gigantes.
El espectro de MIRI de WISE-J1828 encontró vapor de agua, metano y amoníaco. Los tres son elementos básicos de las atmósferas de los gigantes gaseosos y las enanas marrones, pero lo que era inusual aquí era una torcedura en las líneas espectrales que indicaba dos isotopólogos diferentes del amoníaco. El amoníaco es una molécula formada por un átomo de nitrógeno y tres átomos de hidrógeno, de ahí que tenga la fórmula química NH3. En un isotopólogo, el átomo de nitrógeno contenido en el amoníaco tiene siete protones y siete neutrones, por lo que este isotopólogo del amoníaco se llama 14NH3. Otro isotopólogo contiene siete protones y ocho neutrones y se llama 15NH3.
Las observaciones del JWST midieron una proporción de 670 a 1 de 14NH3 en relación con 15NH3. En otras palabras, por cada isótopo de nitrógeno 15N, hay 670 isótopos de 14N en la atmósfera de WISE-J1828.
En nuestro sistema solar, esta proporción es mucho menor. Por ejemplo, en Tierrala proporción es sólo de 272 a 1. Se cree que el 15N adicional de nuestro planeta proviene de cometas, que naturalmente tienen concentraciones más altas de 15N. Los planetas del sistema solar, incluidos los gigantes gaseosos como Júpiterse cree que se formaron «de abajo hacia arriba» mediante el proceso de acumulación de cuerpos más pequeños como cometas. Cabría esperar que un objeto que se formó en sentido contrario, «de arriba hacia abajo» mediante el colapso gravitacional directo de una nube de gas molecular, no hubiera experimentado este proceso de acreción y, por lo tanto, contuviera menos 15N.
Enanas marrones, como estrellas, se forman de esta manera de arriba hacia abajo, y las mediciones de MIRI de los isotopólogos de amoníaco lo respaldan. También se sospecha que mientras Júpiter y Saturno Aunque se formaron de abajo hacia arriba, algunos enormes gigantes gaseosos, particularmente aquellos alejados de su estrella madre, pueden haberse formado de arriba hacia abajo. Si una enana marrón es una estrella fallida, estos planetas gigantes se parecerían más a enanas marrones fallidas.
El truco consiste en demostrar que un planeta se ha formado de arriba hacia abajo. Ahora, WISE-J1828 ha demostrado, en principio, que el JWST puede identificar isotopólogos de amoníaco que actúan como trazadores del proceso de formación de arriba hacia abajo. Por lo tanto, la siguiente etapa es apuntar el telescopio espacial a algunos exoplanetas gigantes para ver si su instrumento MIRI puede identificar la proporción de sus isotopólogos de amoníaco y finalmente resolver uno de los mayores misterios de la formación de planetas: ¿Cómo nacen realmente los planetas gigantes?
La investigación fue publicada el año pasado en la revista. Naturaleza.
