Revelan el lado oscuro de un exoplaneta gigante a 850 años luz
Astrónomos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han obtenido la visión más clara hasta la fecha del lado siempre oscuro de un exoplaneta por la rotación sincronizada con su estrella.
Sus observaciones, combinadas con las mediciones del
lado diurno permanente del planeta, proporcionan la primera visión detallada de
la atmósfera global de un exoplaneta.
"Ahora
vamos más allá de tomar instantáneas aisladas de regiones específicas de las
atmósferas de los exoplanetas, para estudiarlos como los sistemas 3D que
realmente son", afirma en un comunicado Thomas Mikal-Evans, que dirigió el
estudio como postdoc en el Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación
Espacial del MIT.
El planeta
en el que se centra el nuevo estudio, publicado en la revista 'Nature
Astronomy', es WASP-121b, un enorme gigante gaseoso de casi el doble de tamaño
que Júpiter. Se trata de un Júpiter ultra caliente descubierto en 2015
orbitando una estrella a unos 850 años luz de la Tierra.
WASP-121b
tiene una de las órbitas más cortas detectadas hasta la fecha, ya que gira
alrededor de su estrella en apenas 30 horas. También tiene una rotación
sincrónica, de tal manera que su lado "diurno" orientado hacia la
estrella está permanentemente iluminado, mientras que su lado
"nocturno" está girado para siempre hacia el espacio.
"Los
Júpiter calientes son famosos por tener lados diurnos muy brillantes, pero el
lado nocturno es una bestia diferente. El lado nocturno de WASP-121b es unas 10
veces más tenue que su lado diurno", explica Tansu Daylan, postdoctorante
de TESS en el MIT y coautor del estudio.
Los
astrónomos ya habían detectado vapor de agua y estudiado cómo cambia la
temperatura atmosférica con la altitud en el lado diurno del planeta, pero el
nuevo estudio ha captado ahora una imagen mucho más detallada.
Los
investigadores, entre los que se encuentran también científicos de Universidad
Johns Hopkins y Caltech, entre otras instituciones, pudieron trazar un mapa de
los drásticos cambios de temperatura entre el lado diurno y el nocturno, y ver
cómo estas temperaturas cambian con la altitud. También rastrearon la presencia
de agua a través de la atmósfera para mostrar, por primera vez, cómo circula el
agua entre el lado diurno y el nocturno de un planeta.
Mientras que en la Tierra los ciclos del agua
consisten en la evaporación, la condensación en nubes y la lluvia, en WASP-121b
el ciclo del agua es mucho más intenso: En el lado diurno, los átomos que
componen el agua se desgarran a temperaturas superiores a los 3.000 Kelvin.
Estos átomos se desplazan hacia el lado nocturno,
donde las temperaturas más frías permiten que los átomos de hidrógeno y oxígeno
se recombinen en moléculas de agua, que luego vuelven al lado diurno, donde el
ciclo comienza de nuevo.
El equipo
calcula que el ciclo del agua en el planeta se mantiene gracias a los vientos
que azotan los átomos alrededor del planeta a velocidades de hasta 5 kilómetros
por segundo.
También parece que el agua no es la única que
circula por el planeta. Los astrónomos descubrieron que el lado nocturno es lo
suficientemente frío como para albergar nubes exóticas de hierro y corindón, un
mineral que compone rubíes y zafiros.
Estas nubes, al igual que el vapor de agua, pueden
desplazarse hacia el lado diurno, donde las altas temperaturas vaporizan los
metales en forma de gas. En el camino, podría producirse una lluvia exótica,
como las gemas líquidas de las nubes de corindón.
"Con
esta observación, estamos obteniendo realmente una visión global de la
meteorología de un exoplaneta", afirma Mikal-Evans.
El equipo
observó a WASP-121b utilizando una cámara espectroscópica a bordo del
telescopio espacial Hubble de la NASA. El instrumento observa la luz de un
planeta y su estrella, y descompone esa luz en sus longitudes de onda
constitutivas, cuyas intensidades dan a los astrónomos pistas sobre la
temperatura y la composición de una atmósfera.
A través de
los estudios espectroscópicos, los científicos han observado los detalles
atmosféricos del lado diurno de muchos exoplanetas. Pero hacer lo mismo con el
lado nocturno es mucho más complicado, ya que requiere observar pequeños
cambios en todo el espectro del planeta mientras gira alrededor de su estrella.
Para el
nuevo estudio, el equipo observó a WASP-121b a lo largo de dos órbitas
completas: una en 2018 y otra en 2019. Para ambas observaciones, los
investigadores buscaron en los datos de luz una línea específica, o
característica espectral, que indicaba la presencia de vapor de agua.
"Vimos
esta característica del agua y mapeamos cómo cambiaba en diferentes partes de
la órbita del planeta --explica Mikal-Evans--. Eso codifica información sobre
lo que hace la temperatura de la atmósfera del planeta en función de la
altitud".
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