Des d’Astrogirona animem als alumnes de Batxillerat que realitzen el seu Treball de Recerca (TdR) a que aprofitin les oportunitats que els ofereix el TdR per introduir-se en el fascinant món de l’astronomia, tant a nivell teòric com pràctic.
Per això, posem a l’abast de tothom les nostres instal·lacions i astrònoms, per fer de l’astronomia una ciència totalment accessible, tot seguint la filosofia de “ciència ciutadana”.
I precisament, una de les línies de treball que més fascina als nostres alumnes, és la recerca en exoplanetes. El nostre observatori, Can Roig MPC C99, té capacitat per observar i documentar trànsits d’exoplanetes i començar a caracteritzar químicament les seves possibles atmosferes.
Així, en el marc del desenvolupament de diversos TdR sobre exoplanetes i espectroscòpia, aquests dies hem estat observant i analitzant alguns trànsits d’exoplanetes, i us en compartim aquí un petit tastet.
El dia 5 de juliol de 2024 ens vam trobar a l’Observatori Can Roig de Llagostera amb diverses persones per observar el trànsit de l’exoplaneta TOI- 2109 b.
És un exoplaneta gegant de gas calent (hot Jupiter), que orbita l’estrella TOI-2109, a la constel·lació d’Hèrcules. L’acrònim “TOI” fa referència a les estrelles i exoplanetes estudiats per la missió TESS, i és l’abreviatura de: “Transiting Exoplanet Survey Satellite Object of Interest“.
I aquí està la clau, l’exoplaneta triat és un OBJECTE D’INTERÈS per a la missió TESS. I això implica que es tracta d’un exoplaneta amb poca bibliografia, i fins i tot en alguns casos podria tractar-se d’un fals positiu.
L’estrella TOI-2109 és aproximadament un 70% més gran que el Sol i la seva temperatura està al voltant dels 6227°C, aproximadament un 112% de la temperatura del Sol. És una estrella de classe espectral F0.
L’exoplaneta TOI-2109 b es va descobrir el 2021 pel mètode del trànsit i està a uns 861 anys llum de nosaltres. És un Júpiter calent, un planeta semblant a Júpiter que orbita molt a prop de la seva estrella. De fet, TOI-2109 b està tan a prop, que completa la seva òrbita al voltant de l’estrella en només 16 hores! Això el converteix en el Júpiter calent més ràpid conegut i el segon més calent! De moment, és l’únic exoplaneta conegut en l’estrella TOI-2109 (TIC 392476080).
Les seves característiques bàsiques són:
Massa: 1595.9 M Terra | 5.0217 M Júpiter
Dimensions: 15.098 R Terra | 1.3 R Júpiter
Densitat: 2557 kg/m3 | 46% Terra
Temperatura: 3358°C
Des de l’Observatori Can Roig l’estrella TOI-2109 llueix així:
El trànsit de l’exoplaneta durava 108 minuts i vam fer 228 fotografies per obtenir la corba de llum:
Un cop confirmada la presència de l’exoplaneta amb la gràfica que mostra una gran caiguda de la brillantor de l’estrella, un segon pas que nosaltres duem a terme és intentar caracteritzar mínimament l’atmosfera de l’exoplaneta.
Per això hem de realitzar una anàlisi espectroscòpica, i necessitem captar l’espectre de l’estrella progenitora amb i sense el trànsit de l’exoplaneta.
La hipòtesi de treball és que si hi ha un planeta transitant per davant de l’estrella, l’espectre de l’estrella mostrarà alguna diferència respecte al seu espectre sense planeta transitant i, en cas d’observar-se diferències, aquestes ens podrien indicar quins elements químics poden estar presents en el planeta transitant.
D’aquesta manera, podem confirmar l’existència de l’exoplaneta i, a més, caracteritzar-lo químicament!
Els espectres es van obtenir el dia 10 de juliol de 2024, i clarament podem apreciar diferències notables entre els espectres de la mateixa estrella, abans de, i durant el trànsit. En els gràfics, en l’eix X tenim la longitud d’ona en àngstroms, i en l’eix Y tenim la intensitat per píxel.
Si analitzem els espectres podem determinar la presència clara dels elements químics més abundants en les estrelles F0. Predominen el Ca (calci), i altres elements metàl·lics com el Na (sodi). També destaca la relativa poca abundància d’H (hidrogen).
És molt interessant intentar detectar l’atmosfeta d’un exoplaneta i especular amb la possibilitat que allà hi hagi algun tipus de vida. La detecció irrefutable, definitiva i positiva de biomarcadors en exoplanetes de moment queda fora del nostre abast, però sí que podem intentar detectar traces dels elements que es consideren indispensables per a la vida tal i com la coneixem a la Terra o que, com a mínim, considerem elements biogènics, que són necessaris per als processos vitals bàsics.
Els elements biogènics són els anomenats CHONPS. CHONPS és l’acrònim d’aquests elements, que són el carboni, hidrogen, oxigen, nitrogen, fòsfor i sofre, respectivament. El terme representa els sis elements químics més importants, les combinacions covalents dels quals conformen la majoria de molècules biològiques a la Terra. Tots aquests elements són no metalls.
Si busquem els CHONPS en el nostre gràfic durant el trànsit (dins del rectangle vermell queda la zona d’absorció causada per l’exoplaneta), obtenim aquest resultat:
Trobem traces significatives de sofre (S) i nitrogen (N) (veure línies verticals), però els altres elements no semblen presentar una gran abundància. Per això, des del nostre punt de vista pensem que (como era esperable) probablement TOI-2109 b no serà un escenari massa propici per a la vida tal i com la coneixem majoritàriament a la Terra. A més, la concentració d’oxigen que detectem suggereix la possibilitat de generació de compostos acidificants amb el sofre i el nitrogen, similars a la pluja àcida terrestre. Pluja inexistent a TOI-2109 b ateses les seves temperatures superiors als 3000ºC.
Els TdR’s complets dels alumnes es publicaran a l’apartat RECERCA del web durant el tercer trimestre de 2024, a mesura que els vagin acabant i lliurant als seus Instituts respectius.
Rafael Balaguer.