TRAPPIST-1e

Con el telescopio James Webb (JWST), el más preciso en este momento, uno de los focos de investigación en astrofísica es el sistema de exoplanetas TRAPPIST-1 que tiene 7 planetas, casi todos del tamaño de la Tierra, y tres de ellos (e, f, g) se encuentran en la zona habitable. TRAPPIST-1 es una estrella enana roja fría, y se encuentra a 40,66 años-luz, en Acuario.

El siguiente resumen se enfoca en dos artículos científicos recientes sobre TRAPPIST-1e, pues los planetas b, c, d, ya han sido analizados. Enlaces a los artículos para aquellas personas que quieran profundizar en el tema:

• "JWST-TST DREAMS: NIRSpec/PRISM Transmission Spectroscopy of the Habitable Zone Planet TRAPPIST-1 e", por N. Espinoza y colegas, publicado el 5 de Septiembre del 2025.
• "JWST-TST DREAMS: Secondary Atmosphere Constraints for the Habitable Zone Planet TRAPPIST-1 e", por A. Glidden y colegas, publicado el 5 de Septiembre del 2025.

El resumen, la transcripción, y la traducción fueron hechas usando herramientas de software de Inteligencia Artificial.

El resumen se presenta en la forma de un diálogo entre dos personajes sintéticos que llamaremos Alicia y Beto.

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Resumen

Alicia
Bienvenidos de nuevo a otro análisis profundo. Hoy nos centramos en lo que, probablemente, es el objetivo más atractivo de la investigación de exoplanetas en este momento: TRAPPIST‑1e.

Sistema Trappist-1

Beto
De verdad lo es. Durante años, todo el mundo ha llamado a este el planeta “Goldilocks”.

Alicia
Un mundo rocoso justo dentro de la zona habitable de su estrella. El gol científico aquí sería la confirmación, ¿no? Si este planeta tiene atmósfera, debería poder mantener agua líquida en su superficie.

Beto
Y eso es precisamente de lo que tratan estos nuevos datos.

Nos estamos metiendo en los primeros resultados del programa DREAMS — que significa "Deep Reconnaissance of Exoplanet atmospheres through multi‑instrument spectroscopy" (Reconocimiento profundo de atmósferas de exoplanetas mediante espectroscopia multi-instrumental) —.

Alicia
¿Qué estamos observando?

Beto
Tenemos los primeros cuatro espectros de transmisión de TRAPPIST‑1e, y fueron capturados por el instrumento NIRSpec Prism del JWST. Este conjunto de datos nos da una cobertura de longitudes de onda sin precedentes. Es nuestra mejor oportunidad hasta ahora para caracterizar un mundo templado.

Alicia
Vale: mejor telescopio, mejor objetivo, suena increíble. ¿Qué obtuvimos?

Beto
Nuestra misión aquí es averiguar qué tipos de atmósferas planetarias son consistentes con estos datos. Pero seamos honestos: no fue sencillo.

Alicia
Para nada. Los datos crudos supusieron un enorme desafío desde el principio. La señal del planeta era diminuta, casi perdida.

Beto
Prácticamente enmascarada por una contaminación estelar significativa y, clave, dependiente del tiempo. La propia estrella fue el problema. Estuvo desordenada. TRAPPIST‑1 es lo que llamamos una enana ultra‑fría M8V, y estos objetos son pequeñas estrellas magnéticamente activas. Así que la promesa del JWST es enorme, pero las complejidades de la estrella resultaron ser el principal obstáculo.

Alicia
Se observaron cuatro tránsitos separados entre junio y octubre de 2023, cubriendo ese rango revolucionario de longitudes de onda desde 0,6 hasta 5,0 micras. ¿Qué nos dijeron esas cuatro observaciones sobre la estrella?

Beto
Que la estrella es, bueno, impredecible. Los espectros de cada tránsito eran muy diferentes entre sí. Y eso es la huella clara de regiones estelares activas: imagina grandes manchas y llamaradas variables en el tiempo que aparecen y desaparecen en la cara de la estrella.

Alicia
Está cambiando constantemente.

Beto
Para dar un detalle: la visita tres, una de las cuatro observaciones, fue golpeada por una gran llamarada que estalló justo en medio del tránsito. La estrella estaba caótica, y ese caos se filtra directamente en la medición.

Alicia
Entiendo que el enfoque tradicional es intentar modelar esa contaminación, ¿no? Usando los llamados modelos estelares “calientes” y “fríos”. ¿Funcionó eso?

Beto
Desafortunadamente, no; esta vez no fueron suficientes para eliminar la contaminación con precisión.

Alicia
¿Por qué no?

Beto
Especialmente por encima de los 3 micras, los modeladores fallan. Resulta que nuestros modelos estelares actuales, que funcionan bien para estrellas más grandes y calientes como el Sol, no son lo bastante sofisticados para capturar todas las características complejas de estas enanas ultra‑activas.

Alicia
De acuerdo: eso es un problema real. Si los modelos físicos fallan, ¿cómo separas el ruido estelar de la señal real del planeta?

Beto
Aquí tuvo que entrar cierta astucia computacional. Básicamente abandonaron la necesidad de un modelo físico perfecto y, en su lugar, usaron una potente técnica estadística llamada "procesos gaussianos" (Gaussian Processes, GPs).

¿Qué significa eso?

Alicia
Piénsalo así: si la actividad estelar es una señal de radio compleja que cambia cada vez que la sintonizas, la atmósfera del planeta, si existe, es un zumbido constante y tenue debajo de todo eso.

Beto
Lo que intentas hacer es separar la señal volátil y cambiante de la débil y constante.

Alicia
Exacto. El marco de los GP se usó para lo que llamamos marginalizar sobre —o, en otras palabras, ignorar estadísticamente— esas variaciones estelares aleatorias de visita a visita. Tratando el caos de la estrella como ruido, matemáticamente pudieron aislar la señal constante que debe pertenecer al planeta.

Beto
Todos esos detalles metodológicos son excelentes. Bien, vayamos al resultado. Una vez limpiaron los datos de esa forma, ¿qué pudieron descartar de manera concluyente? Aquí es donde JWST realmente brilla: el poder de la exclusión.

Alicia
Gracias a la amplia y precisa cobertura de JWST, ahora podemos imponer límites muy fuertes sobre lo que no está ahí.

Beto
Y lo grande es que los datos descartan atmósferas primordiales ricas en hidrógeno, esto es, atmósferas dominadas por H₂. Podemos excluir fracciones molares de hidrógeno mayores del ~80% en volumen con una confianza mejor que 3σ. Es un resultado muy sólido.

Alicia
Así que podemos descartar mundos tipo mini‑Neptuno, incluso si tuvieran nubes en altitud alta.

Beto
Absolutamente. Cruza eso de la lista. Esto refuerza las restricciones antiguas que teníamos con Hubble: Hubble solo podía descartar mundos hidrógeno‑dominantes si estaban completamente libres de nubes; ahora, incluso asumiendo una gruesa cubierta de nubes, TRAPPIST‑1e es casi con seguridad un mundo rocoso que perdió el hidrógeno primordial.

Alicia
Descartar el hidrógeno nos dice que el aire debe ser “pesado”. ¿Hay una medida concreta, independiente de modelos, de cuán “pesada” debe ser la atmósfera?

Beto
Sí. Y este es un punto clave. La naturaleza prácticamente sin rasgos del espectro limpiado nos da un límite inferior fuerte para el peso molecular medio de la atmósfera. Usamos la letra griega mu (μ) para eso. El valor mínimo está acotado por encima de 8,6 ± 0,4 unidades de masa atómica (uma, u).

Alicia
¿Por qué es crítico ese número?

Beto
Porque el gas hidrógeno H₂ pesa solo 2 u. Esto significa que la atmósfera debe estar compuesta por gases mucho, mucho más pesados. Esta restricción cierra prácticamente la puerta a cualquier resquicio teórico para un mini‑Neptuno: lo que buscamos es una atmósfera secundaria verdadera, como la de Venus, la Tierra o Marte.

Alicia
Y aquí comienza la búsqueda real. Una vez que descartas las atmósferas ligeras y esponjosas, pasas a lo interesante: atmósferas secundarias con alto peso molecular medio, dominadas por nitrógeno, oxígeno o dióxido de carbono. Empecemos por CO₂.

Beto
El CO₂ es una molécula crítica para todos los modelos de habitabilidad, y afortunadamente los datos del JWST cubren su banda más fuerte, una gran banda de absorción alrededor de 4,3 micras.

Alicia
Y no la vimos.

Beto
No la detectamos. Eso impone límites fuertes sobre cuánto CO₂ puede haber.

Alicia
¿Qué escenarios concretos descarta esta no‑detección?

Beto
El análisis, y conviene subrayarlo, lo hace débilmente —aproximadamente a ~2σ—, desfavorable tanto para atmósferas ricas en CO₂ claras como nubladas, del estilo de Marte o Venus. Específicamente, los datos descartan una presión parcial superficial de CO₂ mayor de 0,7 bar.

Alicia
Ahora conectémoslo con la habitabilidad: TRAPPIST‑1e está en la zona habitable, así que debería ser lo bastante cálido para agua, pero la estrella es tenue y probablemente se necesita un efecto invernadero para evitar que todo congele.

Beto
Exacto. Para mantener un océano libre de hielo en un mundo como este, los modelos climáticos suelen requerir una presión parcial de CO₂ en algún lugar entre ~0,002 y 0,1 bar. Ese rango “Goldilocks” todavía está permitido. Pero al descartar los escenarios de CO₂ muy espesos y de alta presión, los datos tienden a favorecer lo que los científicos llaman un "escenario frío": TRAPPIST‑1e es poco probable que sea un mundo con efecto invernadero superpresurizado como Venus.

Alicia
Entonces hemos excluido los “puff balls” y acotado los mundos tipo Venus. ¿Y la opción de ausencia de atmósfera? ¿Los datos confirmaron que existe una atmósfera?

Beto
Aquí viene la parte frustrante del análisis profundo. Los modelos más simples — una roca desnuda o un mundo completamente cubierto por una gruesa capa de nubes en gran altitud — no pudieron rechazarse.

Alicia
Ambos se verían como una línea plana en los datos: un espectro sin rasgos.

Beto
De hecho, estadísticamente, el modelo de línea plana fue marginalmente preferido frente al mejor modelo atmosférico que pudieron encontrar.

Alicia
Es una decepción científica: tanto tiempo y tanto poder telescópico, y la respuesta podría ser simplemente “roca desnuda”.

Beto
Así lo pareció. Sin embargo, si te fijas en las pequeñas características residuales, los investigadores sí encontraron un escenario que dio el mejor ajuste entre todas las atmósferas probadas. Es tentativo, pero provocador.

Alicia
¿Cuál fue ese escenario tentativo?

Beto
Sugiere una atmósfera compuesta por un gas de fondo pesado y espectralmente silencioso, nitrógeno (N₂), con trazas de metano (CH₄). El algoritmo de recuperación identificó tentativamente algunas pequeñas subidas y caídas coherentes con bandas de absorción del metano.

Alicia
Wow. Un análogo a Titán: un mundo dominado por nitrógeno con metano, lo cual es un punto de partida fantástico para la química orgánica compleja. Pero hay que ser extremadamente cautelosos.

Beto
Aunque un mundo frío N₂‑CH₄ es plausible desde la teoría, hay que enfatizar que esto es solo una insinuación. La significancia estadística está muy por debajo del umbral para una detección definitiva. Es el mejor modelo ajustado, pero la hipótesis de la roca desnuda sigue siendo una candidata muy, muy fuerte.

Alicia
Quedamos, por tanto, en un estado de ambigüedad: los datos son igualmente consistentes con una roca desnuda, una gruesa cubierta de nubes, o una atmósfera pesada y con pocas características, como una dominada por nitrógeno. ¿Cómo romperían los científicos este empate triple y llegarían a una respuesta real?

Beto
Aquí es donde la estrategia observacional se vuelve increíblemente ingeniosa. Los investigadores se dieron cuenta de que necesitaban una mejor forma de lidiar con la estrella, y la encontraron en su vecina más próxima. La vía a seguir implica 15 tránsitos adicionales, ya planificados en el próximo programa del JWST.

Alicia
¿Cuál es el truco esta vez?

Beto
Observar TRAPPIST‑1e inmediatamente después (o junto) a TRAPPIST‑1b, el planeta más interior. TRAPPIST‑1b está tan cerca de la estrella que está altamente irradiado y con mucha confianza se cree que es una roca desnuda sin atmósfera.

Alicia
¿Lo usas como patrón de referencia estelar?

Beto
Exacto. TRAPPIST‑1b se convierte en el proxy estelar perfecto. Observando ambos planetas cruzando por la misma trayectoria estelar, puedes dividir matemáticamente el espectro de e por el de b.

Alicia
Eso elimina la señal de la estrella.

Beto
Se elimina instantáneamente todo tipo de contaminación estelar: manchas variables en el tiempo, características persistentes, todo, sin depender de esos complejos modelos estelares que fallaron. Debería aislar de forma definitiva la atmósfera planetaria, si es que existe una.

Alicia
Si conectamos esto con el panorama general, es una lección profunda: el principal obstáculo para caracterizar estos mundos potencialmente habitables no es la sensibilidad del JWST, sino la complejidad del astro anfitrión. La solución radica en pensar estratégicamente, en diseñar observaciones inteligentes, en usar un mundo para filtrar el ruido de su hermano. Y ese es el desarrollo crítico que deberías vigilar cuando llegue la siguiente tanda de datos de TRAPPIST.