Astrónomos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) lograron obtener la vista más clara hasta el momento del lado oscuro perpetuo de un exoplaneta llamado “Júpiter Caliente”.
Se trata de la imagen de un gigante gaseoso masivo de casi el doble del tamaño de Júpiter, cuyo nombre científico es WASP-121b, pero ha sido denominado como “Júpiter ultra caliente”, el cual fue descubierto en 2015 orbitando una estrella a unos 850 años luz de la Tierra.
En la nueva imagen capturada de “Júpiter ultra caliente” los investigadores pudieron mapear los dramáticos cambios de temperatura del lado diurno al 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 los lados diurno y nocturno de un planeta.
Y es que mientras en la Tierra, el agua circula primero evaporándose, luego condensándose en nubes y luego lloviendo, en WASP-121b, el ciclo del agua es mucho más intenso: en el lado diurno, los átomos que forman el agua se rompen a temperaturas superiores a 3000 Kelvin.
Estos átomos son arrastrados 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 regresan al lado diurno, donde el ciclo comienza nuevamente.
Según los expertos, el equipo calcula que el ciclo del agua del planeta está sostenido por vientos que azotan los átomos alrededor del planeta a velocidades de hasta 5 kilómetros por segundo, o más de 11 mil millas por hora.
Además, parece que el agua no es la única que circula por el planeta, ya que los astrónomos descubrieron que el lado nocturno es lo suficientemente frío como para albergar nubes exóticas de hierro y corindón, un mineral que forma rubíes y zafiros.
Estas nubes, como el vapor de agua, pueden girar hacia el lado diurno, donde las altas temperaturas vaporizan los metales en forma de gas, y en el camino, se pueden producir lluvias exóticas, como gemas líquidas de las nubes de corindón.
“Con esta observación, realmente estamos obteniendo una visión global de la meteorología de un exoplaneta”, indicó Thomas Mikal-Evans, quien dirigió el estudio publicado en la revista especializada Nature Astronomy.
Ahora, los astrónomos esperan mapear los cambios no sólo en el vapor de agua sino también en el monóxido de carbono, que los científicos sospechan que debería residir en la atmósfera.
¿Cómo fue posible saber esto?
El equipo observó al WASP-121b o “Júpiter ultra caliente” usando 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 constituyentes, cuyas intensidades dan a los astrónomos pistas sobre la temperatura y la composición de una atmósfera.
Sin bien, los científicos han observado detalles atmosféricos en los lados diurnos de muchos exoplanetas a través de estudios espectroscópicos, al hacer lo mismo para 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.
Por ello, para el nuevo estudio, el equipo observó WASP-121b a lo largo de dos órbitas completas, una en 2018 y la otra en 2019.
Para ambas observaciones, los investigadores buscaron en los datos de luz una línea específica o característica espectral que indicara la presencia de vapor de agua.
“Vimos esta característica del agua y mapeamos cómo cambiaba en diferentes partes de la órbita del planeta”, dijo Mikal-Evans. “Eso codifica información sobre la temperatura de la atmósfera del planeta en función de la altitud”.
La característica de agua cambiante ayudó al equipo a mapear el perfil de temperatura tanto del lado diurno como del nocturno, y así los astrónomos descubrieron que el lado diurno varía desde 2.500 Kelvin en su capa observable más profunda hasta 3.500 K en sus capas superiores, mientras que el lado nocturno osciló entre 1.800 K en su capa más profunda y 1.500 K en su atmósfera superior.
Curiosamente, los perfiles de temperatura parecían cambiar, subiendo con la altitud en el lado diurno, una “inversión térmica”, en términos meteorológicos, y cayendo con la altitud en el lado nocturno, indicaron.
Luego, los investigadores pasaron los mapas de temperatura a través de varios modelos para identificar los productos químicos que probablemente existan en la atmósfera del planeta, dadas las altitudes y temperaturas específicas. Este modelo reveló el potencial de nubes de metal, como hierro, corindón y titanio en el lado nocturno.
A partir de su mapeo de temperatura, el equipo también observó que la región más caliente del planeta se desplaza hacia el este de la región “subestelar” directamente debajo de la estrella. Dedujeron que este cambio se debe a los vientos extremos.
A partir del tamaño del cambio, el equipo estima que la velocidad del viento es de alrededor de 5 kilómetros por segundo.
“Estos vientos son mucho más rápidos que nuestra corriente en chorro y probablemente puedan mover las nubes por todo el planeta en aproximadamente 20 horas”, dice Tansu Daylan, del MIT y coautor del estudio.
¿Qué se sabe del “Júpiter ultra caliente”?
De acuerdo con los expertos, WASP-121b tiene una de las órbitas más cortas detectadas hasta la fecha, dando la vuelta a su estrella en solo 30 horas, y está bloqueada por mareas, de modo que su lado “día” que mira hacia la estrella se curva permanentemente, mientras que su lado “nocturno” se vuelve 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 aproximadamente 10 veces más débil que su lado diurno”, indicó Tansu Daylan, del MIT y coautor del estudio.
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