La mejor manera de estudiar las atmósferas de mundos distantes con el telescopio espacial James Webb, cuyo lanzamiento está programado para fines de 2018, combinará dos de sus instrumentos infrarrojos, según un equipo de astrónomos.
"Queríamos saber qué combinación de modos de observación de Webb le brinda el máximo contenido de información por el mínimo costo", dice Natasha Batalha, estudiante graduada en astronomía y astrofísica y astrobiología, Penn State, y científica líder en este proyecto.
"El contenido de información es la cantidad total de información que podemos obtener del espectro atmosférico de un planeta, desde la temperatura y la composición del gas, como el agua y el dióxido de carbono, hasta las presiones atmosféricas".
Batalha y Michael Line, profesor asistente, Facultad de Ciencias de la Tierra y el Espacio, Universidad Estatal de Arizona, desarrollaron un modelo matemático para predecir la cantidad de información que diferentes instrumentos Webb podrían extraer sobre la atmósfera de un exoplaneta.
Su modelo predice que el uso de una combinación de dos instrumentos infrarrojos, el generador de imágenes de infrarrojo cercano y el espectrógrafo sin rendija NIRISS y el modo G395 en el espectrógrafo de infrarrojo cercano NIRSpec, proporcionará el mayor contenido de información sobre la atmósfera de un exoplaneta.
NIRISS es una cámara y espectrógrafo versátil que observará longitudes de onda infrarrojas similares a las que cubre el telescopio Hubble. NIRISS, según Batalha y Line, debe combinarse con el modo G395 en NIRSpec, que observará objetivos en longitudes de onda infrarrojas más largas en Webb'sresolución más alta.
Tres características principales afectan la cantidad de información que puede extraer un instrumento: resolución, brillo máximo observable y rango de longitud de onda. Estas características combinadas determinan la fracción observable total del contenido de información del espectro atmosférico de un planeta.
Tanto NIRISS como NIRSpec observarán longitudes de onda del infrarrojo cercano, la región del espectro electromagnético en la que las estrellas que orbitan alrededor de los exoplanetas brillan con mayor intensidad. NIRISS está preparada para medir una fuerte firma de agua y NIRSpec puede hacer lo mismo con el metano y el carbono.dióxido, tres compuestos químicos que proporcionan una cantidad sustancial de información sobre la atmósfera.
Batalha y Line probaron cada uno de los diez métodos de observación probables por sí solo y en todas las combinaciones posibles con los otros métodos para determinar cuál maximizaría el contenido total de información.
Recuperaron la información de un conjunto de planetas simulados con temperaturas y composiciones que cubren el rango de atmósferas de exoplanetas previamente observadas. Al comparar el contenido de información recuperable en la atmósfera de cada planeta, Batalha y Line encontraron que esta combinación de los modos NIRISS y NIRSpecbrinda la mayor cantidad de información independientemente de la temperatura o composición del exoplaneta. Los investigadores publicaron estos resultados en El diario astronómico .
"No sabremos la temperatura de un planeta antes de tiempo", dice Batalha. "Si vas a hacer una observación de tiro en la oscuridad, tienes la mayor posibilidad de obtener la información que deseas con esta combinación de instrumentos. "
Cuando un exoplaneta cruza entre su estrella anfitriona y los telescopios de la Tierra, parte de la luz de la estrella pasa a través de la atmósfera del exoplaneta. La exo-atmósfera deja su huella digital en la luz de la estrella, el espectro de transmisión del planeta, de la cual los astrónomos pueden aprender sobrela temperatura, la composición química y la estructura de la exo-atmósfera. El análisis del contenido de la información de los investigadores se centra en la información recuperable del espectro de transmisión de un planeta.
Aunque Webb no se lanzará hasta finales de 2018, los astrónomos ya están planificando el primer conjunto de observaciones que les gustaría del telescopio.
"Si podemos crear una estrategia ahora", dice Batalha, "para cuando llegue el primer ciclo de propuestas formales, podemos asegurarnos de que estamos eligiendo los mejores modos para propuestas más grandes y no perder un tiempo valioso de observación. De esta manera, todos comienzan enun campo de juego parejo con la ciencia ".
Si bien destacan dos modos NIRISS y NIRSpec como la mejor combinación para observar la mayoría de exo-atmósferas, Batalha y Line explican que los otros modos seguirán siendo útiles para observar diferentes características de exo-atmósferas que los astrónomos no han probado, comonubes, neblina y atmósferas lo suficientemente calientes como para emitir su propia luz.
"En el futuro", dice Batalha, "habrá un impulso para caracterizar la primera Tierra 2.0. Si no concretamos esto ahora y dominamos el arte de caracterizar exo-atmósferas, nunca caracterizaremos con precisión la Tierra 2.0. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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