Por primera vez examinan el lado oscuro de un Júpiter

Por primera vez, los científicos han examinado el "lado oscuro" de un Júpiter súper caliente. Y eso arroja una serie de resultados interesantes.

Los Júpiter calientes son planetas masivos que están cerca de su estrella y, por tanto, tienen una rotación sincrónica. Esto significa que su período orbital es igual a su período de rotación y esto hace que el mismo lado del planeta esté siempre orientado hacia la estrella madre. Ese lado (también llamado lado diurno) es muy brillante y ya se ha investigado en varios Júpiter calientes. Sin embargo, es mucho más difícil hacerse con el lado nocturno: el que está de espaldas a la estrella madre. Pero ahora, por primera vez, los investigadores han logrado obtener una imagen bastante buena del lado oscuro de un Júpiter caliente. Y con ello, también tenemos por primera vez una imagen bastante detallada de la atmósfera completa de este exoplaneta.

Exoplaneta WASP-121b

Para su estudio, los científicos se centraron en WASP-121b. El gigante gaseoso es casi el doble de grande que nuestro Júpiter y se encuentra a unos 850 años luz de la Tierra. Allí, el planeta orbita la estrella madre en solo 30 horas. Y, por tanto, el mismo lado del planeta está siempre orientado hacia la estrella madre. El lado diurno (que es unas 10 veces más brillante que el nocturno) ya había sido investigado por los astrónomos. Durante ese estudio, se descubrió vapor de agua en el lado diurno. Los investigadores también han determinado cómo cambia la temperatura de la atmósfera en el lado diurno de WASP-121b cuanto más alto se mide en esa atmósfera.

Lado nocturno 

Por lo tanto, los investigadores ya habían obtenido una imagen de la atmósfera de WASP-121b, pero como no se tenía en cuenta la parte nocturna, esta imagen era incompleta. El nuevo estudio cambia esta situación; los científicos no únicamente son capaces de medir las enormes diferencias de temperatura entre la atmósfera diurna y la nocturna, sino que también establecen cómo se transporta el agua del lado diurno al nocturno y se transforma como resultado de las diferentes condiciones de la atmósfera.

Ciclo del agua

Aquí en la Tierra, el ciclo del agua funciona así: el agua se evapora, se condensa y vuelve a caer en forma de lluvia, para volver a evaporarse, etc. En WASP-121b, el ciclo del agua funciona de manera un poco diferente, como muestran las nuevas observaciones. En el lado diurno, las moléculas de agua se desgarran bajo la influencia de las altísimas temperaturas. Los átomos de hidrógeno y oxígeno liberados son transportados hacia el lado nocturno por potentes vientos, a velocidades de hasta 5 kilómetros por segundo, o 18.000 kilómetros por hora. Las temperaturas son mucho más bajas allí, lo que permite que los átomos se unan y formen moléculas de agua. A continuación, éstas pasan al lado diurno, donde el ciclo comienza de nuevo.

Lluvia exótica

Pero puede que no sean solo las moléculas de agua las que circulen de esta manera. Las observaciones también muestran que el lado nocturno de WASP-121b es lo suficientemente frío como para albergar nubes de hierro y corindón (un mineral que puede formar zafiros y rubíes). Si estas nubes se encuentran realmente allí, son transportadas al lado diurno por potentes vientos, al igual que las moléculas de agua. Debido a las altas temperaturas que se registran allí, los metales se evaporarían y quizás volverían a bajar en forma de lluvia un poco más lejos. En ese caso, ¡lloverían gemas líquidas sobre WASP-121b!

Método de observación

Los investigadores basan sus conclusiones, publicadas en la revista Nature Astronomy, en observaciones realizadas con la ayuda del telescopio espacial Hubble. A bordo de este telescopio se encuentra el Espectrógrafo de Orígenes Cósmicos. Se trata de un instrumento que, a partir del espectro luminoso de WASP-121b, puede proporcionar más información sobre la temperatura y la composición de la atmósfera del planeta. El lado diurno de los Júpiter calientes ya se ha estudiado anteriormente. Sin embargo, estudiar el lado nocturno es mucho más difícil, porque los astrónomos tienen que buscar pequeños cambios en el espectro de luz completo del planeta que orbita la estrella madre.

Para conocer mejor el lado nocturno, los astrónomos estudiaron el espectro luminoso de WASP-121b durante dos órbitas completas. Y eso proporcionó una imagen mucho más completa de la atmósfera de WASP-121b. Basándose en las observaciones del Hubble, los investigadores pueden concluir que la temperatura atmosférica en el lado diurno oscila entre los 2500 Kelvin (en la capa observable más profunda) y los 3500 Kelvin (en la capa superior). Por la noche, la temperatura oscila entre 1800 Kelvin en la capa más profunda y 1500 Kelvin en la capa superior. A continuación, se utilizaron modelos para averiguar qué sustancias químicas pueden encontrarse en estas diferentes capas atmosféricas con temperaturas variables. Y de esto se desprende que las nubes de hierro y corindón en el lado nocturno son una opción real.

La temperatura en el planeta WASP-121b

El mapeo de las temperaturas en WASP-121b también revela que el punto más caliente del planeta no está exactamente donde se espera que esté. En cambio, se encuentra ligeramente al este de la ubicación prevista. Según los investigadores, esto se debe a que los gases calentados por la estrella madre son lanzados hacia el este por potentes vientos antes de que puedan liberar su calor al espacio. Y este cambio de la ubicación donde WASP-121b emite la mayor parte de su calor, proporciona más información sobre la velocidad de los vientos que azotan la atmósfera. Esto lleva a los investigadores a concluir que estos tienen una velocidad de unos 5 kilómetros por segundo. "Estos vientos viajan mucho más rápido que nuestra corriente en chorro y podrían transportar las nubes alrededor de todo el planeta en unas 20 horas", dijo el investigador Tansu Daylan.

Más observaciones con el telescopio James Webb

Aunque los investigadores han llegado a saber mucho más sobre WASP-121b gracias al Hubble, todavía están lejos de estar satisfechos. Todavía hay muchos cabos sueltos. Por eso quieren volver a observar el planeta de cerca, pero esta vez con la ayuda del telescopio espacial James Webb. Con este telescopio esperan detectar, entre otras cosas, monóxido de carbono en la atmósfera de WASP-121b. "Sería la primera vez que podríamos medir una molécula que contenga carbono en la atmósfera de este planeta", afirma Mikal-Evans. Y eso sería una adición valiosa. "Después de todo, la cantidad de carbono y oxígeno en la atmósfera podría decirnos más sobre dónde se forman este tipo de planetas".

La formación de los Júpiter calientes sigue envuelta en la niebla. Es difícil imaginar que se hayan formado en sus ubicaciones actuales; la radiación de las estrellas jóvenes es tan intensa que los gases que los Júpiter calientes necesitan reunir para convertirse en poderosos gigantes gaseosos se evaporan a la velocidad del rayo. Por ello, muchos investigadores sospechan que los Júpiter calientes nacen a una distancia mucho mayor de la estrella madre y luego se desplazan hacia ella. Pero incluso esta teoría aparentemente plausible está rodeada de interrogantes, porque ¿por qué los gigantes gaseosos comienzan a vagar? ¿Y en qué momento de su existencia? Solo hay una manera de averiguarlo: estudiar tantos Júpiter calientes como sea posible. Ya se han descubierto miles de estos mundos exóticos, pero ahora ha llegado el momento de examinarlos más de cerca. El telescopio James Webb, lanzado en diciembre, puede ayudar; este superpotente telescopio espacial se está preparando para sus primeras observaciones, que deberían tener lugar en algún momento de junio.