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El Hubble detecta por primera vez moléculas de agua en la atmósfera de un exoplaneta

POR: Alejandra Almed

8 marzo, 2017

Por: Alejandra Almed

Científicos de la NASA y la ESA reportaron en la revista científica Journal Nature, un estudio sobre el exoplaneta WASP-121b, utilizando datos obtenidos de las observaciones del Telescopio Espacial Hubble.

WASP-121b.jpg
Concepción de artista de la NASA del “Júpiter Caliente” WASP 121b.
Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, University of Exeter

 

La masa de este planeta es 1.2 veces la de Júpiter y su radio 1.9 veces el del gigante gaseoso, lo que lo ubica dentro de los exoplanetas denominados “Júpiter caliente”. Sin embargo, mientras Júpiter tarda 12 años en darle una vuelta completa a nuestro sol, WASP-121b tarda solo 1.3 días; este exoplaneta se encuentra tan cerca de su estrella madre que si se acercara un poquito más, la gravedad de la estrella comenzaría a desgarrarlo. También quiere decir que la atmósfera del planeta está a una temperatura de 2,500 ºC, lo suficientemente caliente como para fundir algunos metales. Este Júpiter caliente se encuentra a unos 900 años luz de la Tierra, que aunque es un montón de tiempo para nosotros, para las distancias espaciales puede ser realmente nuestro vecino.

El estudio dio a conocer la máxima prueba que se tiene hasta la fecha de una estratosfera en un planeta fuera del Sistema Solar, o lo que es lo mismo, un exoplaneta. La estratosfera es una de las capas de la atmósfera de un planeta, que tiende a aumentar su  temperatura al aumentar la altitud. En la Tierra, la estratosfera es donde se crea la capa de ozono.

Este dato resulta interesante al descubrir que una característica común en la mayoría de las atmósferas de los planetas de nuestro sistema solar puede también ser una constante en los exoplanetas. Mark Marley, coautor del estudio del AMES Research de la NASA, expresó estar muy emocionados, pues ahora se podrán comparar las atmósferas de exoplanetas con los mismos procesos que pasan bajo distintas condiciones en nuestro sistema solar.  

 

WASP-121b_2.jpg
NASA ESA, and G. Bacon (STSci)
 

Estudios anteriores habían encontrado evidencia de la posible estratosfera en este y otros planetas denominados Jupiteres calientes, pero esta nueva investigación supone la mayor evidencia al observar por primera vez rastros de moléculas de agua caliente.

Antes de cualquier tipo de reflexión sobre la posibilidad de encontrar algún rastro de vida en el planeta (generalmente asociamos el agua con los extraterrestres), no es el caso con WASP-121b, pues la abrasadora temperatura que la corta distancia con su estrella le supone, elimina todas nuestras esperanzas.

De cualquier manera, entender más acerca de su atmósfera es todo un hito para la astronomía. Para Tom Evans, de la Universidad de Exeter, Reino Unido, y autor principal de dicha investigación, “los modelos teóricos sugieren que las estratosferas pueden definir una clase distinta de planetas ultra calientes, con implicaciones importantes para la física y la química de sus atmósferas”. Sus observaciones apoyan este modelo.

Para estudiar la estratosfera de WASP-121b, los científicos utilizaron la técnica de espectroscopia del Hubble para analizar cómo reaccionan distintas moléculas en la atmósfera ante algunas longitudes de onda de luz. Por ejemplo, el vapor de agua en la atmósfera de este planeta, se comporta de manera predecible con ciertas longitudes de onda, dependiendo de la temperatura del agua.

La luz de una estrella es capaz de penetrar a profundidad la atmósfera de un planeta y llega a elevar la temperatura del gas ahí presente. Este gas entonces irradia su calor hacia el espacio como luz infrarroja. No obstante, si en la parte superior de la atmosfera hay vapor de agua más frio, las moléculas de agua evitaran que ciertas longitudes de onda de luz salgan al espacio; pero si, por el contrario, el vapor de agua de la parte superior de la atmósfera esta más caliente, brillarán a las mismas longitudes de onda.

"La emisión de luz del agua significa que la temperatura está aumentando con la altura", dijo Tiffany Kataria, coautora del estudio en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California. "Estamos emocionados de explorar en qué longitudes este comportamiento persiste con las próximas observaciones de Hubble", expresó Kataria.

En la estratosfera de la Tierra, el ozono atrapa la radiación ultravioleta del sol, lo que eleva la temperatura de la capa de ozono. Otros cuerpos del sistema solar también tienen estratosferas; el metano, por ejemplo, es el responsable de la calefacción en las estratosferas de Júpiter y la luna de Saturno, Titán.

Este efecto es parecido a lo que pasa con los fuegos artificiales. Los colores que vemos son el resultado de productos químicos que emiten luz. Cuando las sustancias metálicas se calientan y se vaporizan sus electrones se mueven a estados de energía más alta. Dependiendo el material, los electrones, a medida que van perdiendo energía, emiten diferentes longitudes de onda de luz. El sodio, por ejemplo, produce amarillo-naranja; el estroncio, rojo. Las moléculas de agua en la atmósfera de WASP-121b, a medida de que pierden energía , también emiten radiación, sólo que en forma de luz ultravioleta, que es imperceptible por el ojo humano.

En los planetas dentro del Sistema Solar, el cambio de temperatura dentro de la estratósfera se da aproximadamente a 56 grados C, en la estratosfera de WESP-121b el cambio ocurre a 560 grados C. Los científicos aún no saben qué productos químicos están causando el cambio de temperatura en este exoplaneta. Se cree que posiblemente se pueda tratar de óxido de vanadio y óxido de titanio, pues comúnmente estos son los responsables de los cambios de temperatura en enanas marrones o “estrellas fallidas”, las cuales comparten características con exoplanetas. Si esto es correcto se esperaría que estos compuestos se encuentren solo en exoplanetas realmente calientes, ya que es necesario altas temperaturas para mantener estos compuestos en estado gaseoso. 

Queda claro que este Júpiter caliente será un punto de referencia esencial para el estudio de los modelos atmosféricos y obvio un excelente objetivo de observación para la era del Telescopio Webb.

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