Las enanas ultrafrías como TRAPPIST-1 son las estrellas más numerosas de la Vía Láctea, pero durante mucho tiempo se consideró que sus espectros eran demasiado complejos para un análisis químico preciso debido a la superposición de bandas moleculares. Trabajos vecinos en el archivo ya han mostrado cómo medir la metalicidad y elementos individuales en tales estrellas, así como cómo usar isótopos para datar y rastrear la nucleosíntesis. La presente investigación se inscribe en esta misma línea, pero por primera vez aplica la combinación de las bandas K y M a una estrella con zona completamente convectiva, lo que permite separar la contribución de diferentes isotopólogos de CO.
Las observaciones se realizaron con dos instrumentos: Keck/NIRSPEC en la banda M (4.6–5.0 μm) y espectros de archivo de CFHT/SPIRou en la banda K (2.1–2.4 μm). Para el análisis se construyó una malla de modelos de atmósferas con perfiles de temperatura variables, metalicidad, relación C/O y contenido de isotopólogos de CO. Una recuperación bayesiana con 19 parámetros libres ajustaba el modelo a los datos, y la significancia de la detección de 13CO y C18O se evaluó mediante comparación de modelos con y sin estas moléculas.
Se obtuvieron los primeros valores para TRAPPIST-1: metalicidad [M/H] = 0.00 (+0.06/−0.06), relación C/O = 0.60 (+0.02/−0.02), 12C/13C = 154 (+17/−16), 16O/18O = 490 (+78/−64). La relación de carbono a oxígeno resultó ser solar, y la relación isotópica 12C/13C es superior a la solar (89), lo que es típico de estrellas viejas. La relación de oxígeno 16O/18O concuerda con el valor solar y con otras enanas M. La detección de 13CO y C18O se confirmó con alta significancia según el factor bayesiano.
El trabajo proporciona por primera vez una composición química de referencia para el sistema TRAPPIST-1, lo que es crucial para interpretar futuras mediciones de las atmósferas de sus planetas. A diferencia de estudios vecinos que se centraban o bien en la metalicidad o bien en isótopos individuales, aquí se combinan ambos enfoques y se obtiene por primera vez la relación C/O en una estrella tan fría. Esto amplía la muestra de enanas ultrafrías químicamente caracterizadas y permite probar modelos de evolución química galáctica en una nueva clase de objetos.
Las futuras observaciones con ELT/METIS y otros instrumentos de próxima generación permitirán medir relaciones isotópicas en cientos de enanas frías y directamente en exoplanetas. Para TRAPPIST-1 será especialmente interesante comparar las relaciones isotópicas estelares con las que se puedan extraer de las atmósferas de sus planetas, si se detectan. También se necesitarán listas de líneas de agua y CO más precisas a temperaturas de 2000–3000 K para eliminar las discrepancias sistemáticas entre bandas.
Los resultados influirán en la investigación de la formación planetaria, la evolución química galáctica y las atmósferas estelares. También establecen un punto de referencia para interpretar los datos del JWST sobre el sistema TRAPPIST-1.
El siguiente paso inmediato es un análisis homogéneo de las relaciones isotópicas en una gran muestra de enanas M con planetas conocidos. También es importante realizar observaciones con mayor resolución espectral (CRIRES+, PEPSI) para refinar la velocidad de rotación y verificar los modelos atmosféricos.
Para el campo de la evolución química galáctica, el problema clave no resuelto es la dispersión de las relaciones isotópicas entre estrellas de la misma edad y metalicidad, relacionada con la incertidumbre en los rendimientos de la nucleosíntesis en novas y estrellas masivas. Este trabajo añade un punto para una enana vieja con metalicidad solar, pero para identificar patrones sistemáticos se necesitan decenas de mediciones similares, especialmente a baja metalicidad, donde los modelos divergen más.
Esta sección está dirigida al autor del trabajo y a sus colegas. Los trabajos vecinos los encontró la búsqueda por significado en nuestro archivo, no por coincidencia de palabras. No evaluamos: mostramos el campo alrededor.
Qué hace el trabajo
El estudio determina por primera vez la composición química de TRAPPIST-1: metalicidad [M/H] = 0.00, relación C/O = 0.60, relaciones isotópicas 12C/13C = 154 y 16O/18O = 490. Para ello se utilizan espectros de alta resolución en las bandas K y M con un análisis bayesiano de recuperación y consideración de los isotopólogos del CO.
Dónde está su fuerza
Por primera vez se obtiene una composición química de referencia para el sistema TRAPPIST-1, incluyendo la relación C/O y las relaciones isotópicas, lo cual es fundamental para interpretar las atmósferas de sus planetas. La combinación de las bandas K y M permitió separar la contribución de los diferentes isotopólogos del CO en una estrella con zona convectiva completa.
Hacia dónde puede avanzar
Vale la pena probar
Por qué puede importar
La composición química de referencia de TRAPPIST-1 sirve como clave para interpretar futuras observaciones de las atmósferas de sus planetas y permite poner a prueba los modelos de formación y evolución de sistemas planetarios alrededor de la clase de estrellas más numerosa.
Trabajos cercanos en nuestro archivo
El archivo está vacío alrededor de este trabajo: el análisis más cercano queda en 0.60, frente a un 0.64 habitual. Parece que aquí al lado casi nadie ha perforado.
TRAPPIST-1 es tan tenue que en la banda M su brillo es comparable al del exoplaneta β Pic b, que se pudo observar en solo 2.4 horas con el VLT. Y mientras TRAPPIST-1 tiene siete planetas, β Pic b tiene uno.