El telescopio espacial James Webb captó un posible exoplaneta en formación

El telescopio espacial James Webb captó por primera vez la imagen directa de un exoplaneta con masa similar a la de Saturno (ESA/Webb, NASA, CSA, A.M. Lagrange, M. Zamani (ESA/Webb))

Un nuevo estudio marca un hito en la astronomía al lograr captar directamente la imagen de un posible exoplaneta gracias al telescopio espacial James Webb (JWST).

El hallazgo se produjo en el entorno de TWA 7, una estrella joven rodeada por un disco de escombros a 111 años luz de la Tierra. Los resultados fueron presentados por un equipo liderado por la Dra. Anne-Marie Lagrange, investigadora del CNRS en el Observatorio de París-PSL y la Universidad Grenoble Alpes en Francia y publicados en la revista Nature. De confirmarse, se trataría del planeta más liviano jamás captado mediante imágenes directas, con una masa estimada de un tercio la de Júpiter.

El objeto identificado, denominado TWA 7b, se encuentra a una distancia proyectada de 52 unidades astronómicas de su estrella, una separación mayor que la de Plutón respecto al Sol. Se ubica dentro de un anillo delgado de polvo, denominado R2, una estructura previamente observada que presenta un espacio vacío en la región donde aparece el candidato a planeta.

Imagen polarimétrica del disco de escombros que rodea a la estrella TWA 7, donde se observan tres anillos (R1, R2 y R3); en R2, una brecha coincide con la fuente etiquetada como CC#1, el posible exoplaneta TWA 7b (A.-M. Lagrange, et. al.)

“La ubicación de la fuente con respecto a la estructura del disco, justo en una brecha de un anillo circunestelar, hace que la hipótesis de una galaxia de fondo sea aún menos probable”, afirmaron los autores del estudio. De esta manera, reafirman la posibilidad de que se trate de un exoplaneta; sin embargo, todavía está en proceso de confirmación.

Simulaciones numéricas desarrolladas por el equipo mostraron que un planeta de 0,34 veces la masa de Júpiter ubicado en esa posición puede explicar la existencia y forma del anillo R2, incluyendo una zona con menor densidad de partículas alrededor del cuerpo cósmico. Reproducen un escenario en el que el planeta atrae gravitacionalmente al material del disco y lo distribuye a su alrededor en una órbita compartida, lo que genera un anillo con acumulaciones y vacíos característicos conocidos como estructura resonante.

“Nuestras observaciones revelan un fuerte candidato a planeta que configura la estructura del disco de escombros de TWA 7, y su posición es exactamente donde esperábamos encontrar un planeta de esta masa”, afirmó Lagrange.

A diferencia de otros exoplanetas detectados con técnicas indirectas, TWA 7b podría ser el primero de su tipo observado directamente con imagen infrarroja y con una masa tan baja. Hasta ahora, este método solo había logrado registrar objetos mucho más masivos, debido a las limitaciones técnicas para distinguir fuentes débiles cercanas a sus estrellas. El uso del instrumento MIRI del telescopio James Webb permitió superar esa barrera y capturar por primera vez una señal tan tenue, lo que extiende significativamente el rango de mundos accesibles a la observación directa.

Imagen obtenida con el instrumento MIRI del telescopio James Webb, donde se señala la fuente CC#1, posible exoplaneta TWA 7b, junto a una estrella y una galaxia de fondo utilizadas como referencia para descartar otras explicaciones (A.-M. Lagrange, et. al.)

Los investigadores consideran que este sistema representa un caso ideal para continuar los estudios sobre las interacciones entre planetas y discos de escombros. “TWA 7b está muy bien posicionado para futuras investigaciones espectroscópicas directas, lo que permitirá estudiar el interior y la atmósfera de un exoplaneta frío con masa sub-joviana que no recibe irradiación intensa”, señala el artículo.

La detección se efectuó utilizando el instrumento de infrarrojo medio MIRI del JWST, equipado con un coronógrafo que bloquea la luz directa de la estrella, lo que permite revelar objetos con brillos más débiles en las proximidades. Las observaciones se realizaron el 21 de junio de 2024 y permitieron identificar una fuente infrarroja tenue que se ubicaba justo en la región vacía del anillo R2.

El análisis descartó otras explicaciones plausibles. Por un lado, se excluyó que fuera un objeto del sistema solar debido a su baja velocidad angular, incompatible con astros locales como planetas enanos. También se consideró y descartó que fuera una galaxia de fondo: al no detectarse en observaciones anteriores de ALMA (Atacama Large Millimeter Array) ni en el espectro visible o cercano al infrarrojo, y teniendo en cuenta su coincidencia espacial con una brecha del disco, se estimó una probabilidad de apenas 0,34% para esa hipótesis.

Los modelos atmosféricos aplicados a los datos indicaron que el objeto tendría una temperatura efectiva entre 32 °C y 62 °C y requeriría una metalicidad superior a la solar para ajustarse al flujo observado, es decir, una mayor proporción de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio en la atmósfera del planeta.

El JWST permitió observar un planeta frío y joven, no irradiado, en una etapa temprana de su evolución orbital (NASA)

Con estas características, tanto los modelos de evolución térmica como los ajustes espectrales coinciden en una masa cercana a 0,3 masas de Júpiter, es decir, unas 100 veces la masa de la Tierra.

“Este observatorio nos permite capturar imágenes de planetas con masas similares a las del sistema solar, lo que representa un emocionante paso adelante en nuestra comprensión de los sistemas planetarios, incluido el nuestro”, agregó la coautora Mathilde Malin de la Universidad Johns Hopkins y el Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore.

La detección de TWA 7b abre nuevas posibilidades en el estudio de planetas de baja masa mediante imagen directa, una técnica hasta ahora limitada a exoplanetas masivos. “El presente resultado muestra que el MIRI de JWST ha abierto una nueva ventana para el estudio de planetas sub-jovianos mediante imágenes directas”, señala el estudio publicado en Nature.

El caso de TWA 7b podría abrir nuevas vías para estudiar la relación entre planetas y discos de escombros en formación (NASA)

Además de ofrecer un caso de prueba para explorar cómo los planetas moldean su entorno inmediato, el hallazgo proporciona una oportunidad única para examinar la atmósfera y composición interna de un planeta frío y joven, no irradiado. A diferencia de los gigantes gaseosos del sistema solar, mucho más antiguos, TWA 7b se encuentra en una etapa temprana de su evolución, lo que lo convierte en un laboratorio natural para comparar procesos de formación planetaria en distintas etapas y condiciones.

Los autores advierten que aún se necesitan más observaciones para confirmar el estatus planetario del objeto. No obstante, resaltan que este tipo de hallazgos anticipa el potencial del telescopio Webb para avanzar en la caracterización de sistemas planetarios y comprender mejor la relación entre planetas y discos de escombros, una fase crucial en la evolución de sistemas estelares.