El James Webb da el parte meteorológico de un planeta situado a 280 años luz de la Tierra
Un equipo internacional de investigadores ha utilizado con éxito este telescopio espacial de la NASA para mapear el clima en el exoplaneta gigante de gas caliente WASP-43 b.
Por la NASA
El exoplaneta gigante gaseoso WASP-43 b es un planeta del tamaño de Júpiter que orbita una estrella a unos 280 años luz de distancia, en la constelación del Sextans. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Las mediciones precisas del brillo en un amplio espectro de luz infrarroja media, combinadas con modelos climáticos en 3D y observaciones anteriores de otros telescopios, sugieren la presencia de nubes altas y densas que cubren el lado nocturno, cielos despejados en el lado diurno y vientos ecuatoriales de más de 8.000 kilómetros por hora que mezclan los gases atmosféricos alrededor del planeta.
La investigación es solo la última demostración de la ciencia de exoplanetas que ahora es posible gracias a la extraordinaria capacidad del James Webb para medir las variaciones de temperatura y detectar gases atmosféricos a billones de kilómetros de distancia.
WASP-43 b es un exoplaneta del tipo Júpiter caliente: similar en tamaño a Júpiter, compuesto principalmente de hidrógeno y helio, y mucho más caliente que cualquiera de los planetas gigantes de nuestro propio sistema solar. Aunque su estrella es más pequeña y más fría que el Sol, WASP-43 b orbita a una distancia de solo dos millones de kilómetros, menos de la cuarta parte de la distancia entre Mercurio y el Sol.
Un Júpiter caliente bloqueado por mareas.
Con una órbita tan estrecha, el planeta está bloqueado por las mareas, con un lado continuamente iluminado y el otro en permanente oscuridad. Aunque el lado nocturno nunca recibe radiación directa de la estrella, los fuertes vientos del este transportan calor desde el lado diurno.
Desde su descubrimiento en 2011, WASP-43 b ha sido observado con numerosos telescopios, incluido el Hubble de la NASA y el ahora retirado telescopio espacial Spitzer.
Esta curva de luz muestra el cambio en el brillo del sistema WASP-43 a lo largo del tiempo a medida que el planeta orbita la estrella. Este tipo de curva de luz se conoce como curva de fase porque incluye toda la órbita o todas las fases del planeta. El sistema se vuelve más tenue a medida que el planeta continúa sus órbitas y el lado nocturno gira a la vista. Crédiro: Credits: Science: Taylor J. Bell (BAERI); Joanna Barstow (Open University); Michael Roman (University of Leicester) Graphic Design: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
“Con el Hubble pudimos ver claramente que hay vapor de agua durante el día. Tanto el Hubble como el Spitzer sugirieron que podría haber nubes en el lado nocturno— dice aylor Bell, investigador del Instituto de Investigación Ambiental del Área de la Bahía y autor principal de un estudio publicado en Nature Astronomy. Y añade—: Pero necesitábamos mediciones más precisas del James Webb para realmente comenzar a mapear la temperatura, la cobertura de nubes, los vientos y la composición atmosférica mejor detallada en todo el planeta".
Cartografía de la temperatura e inferencias meteorológicas.
Aunque WASP-43 b es demasiado pequeño, débil y cercano a su estrella para que un telescopio pueda verlo directamente, su corto periodo orbital de soo 19,5 horas lo hace ideal para la espectroscopia de curva de fase, una técnica que consiste en medir los pequeños cambios en el brillo del sistema estrella-planeta a medida que el planeta orbita alrededor de la estrella.
Dado que la cantidad de luz infrarroja media emitida por un objeto depende en gran medida de su temperatura, los datos de brillo captados por el James Webb pueden utilizarse para calcular la temperatura del planeta.
El equipo utilizó el instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) del James Webb para medir la luz del sistema WASP-43 cada diez segundos durante más deveinticuatro horas. "La observación de toda una órbita nos permitió calcular la temperatura de los distintos lados del planeta a medida que giraban— explica Bell. Y continúa—: A partir de ahí, pudimos construir un mapa aproximado de la temperatura en todo el planeta".
La temperatura en el lado diurno alcanza los 1.250 ºC; y en el nocturno, 600 ºC.
Las mediciones muestran que el lado diurno tiene una temperatura media de casi 1.250 ºC, suficiente para forjar hierro. Por su parte, el lado nocturno es bastante más frío, con 600 ºC. Los datos también ayudan a localizar el punto más caliente del planeta , que está desplazado ligeramente hacia el este desde el punto que recibe la mayor radiación estelar, donde la estrella está más alta en el cielo del planeta. Este desplazamiento se debe a los vientos supersónicos, que desplazan el aire caliente hacia el este.
"El hecho de que podamos mapear la temperatura de esta manera es un testimonio real de la sensibilidad y estabilidad del James Webb", advierte Michael Roman, coautor de la Universidad de Leicester, en el Reino Unido.
Para interpretar el mapa, el equipo utilizó complejos modelos atmosféricos 3D como los que se utilizan para comprender el tiempo y el clima en la Tierra. El análisis muestra que el lado nocturno probablemente esté cubierto por una gruesa y alta capa de nubes que impiden que parte de la luz infrarroja escape al espacio. Como resultado, la zona nocturna, aunque muy calurosa, parece más oscura y fría de lo que sería si no hubiera nubes.
Este conjunto de mapas muestra la temperatura del lado visible del exoplaneta gigante gaseoso WASP-43 b, mientras orbita su estrella. El lado diurno del planeta es visible justo antes y después de pasar detrás de la estrella. Las temperaturas se calcularon basándose en más de 8.000 mediciones de brillo de luz infrarroja media de 5 a 12 micrones detectadas desde el sistema estrella-planeta por el instrumento MIRI del James Webb. Crédito: Science: Taylor J. Bell (BAERI); Joanna Barstow (Open University); Michael Roman (University of Leicester) Graphic Design: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Ausencia de metano y vientos fuertes.
El amplio espectro de luz infrarroja media captado por el James Webb también permitió medir la cantidad de vapor de agua (H2O) y metano (CH4) alrededor del planeta. "Webb nos ha dado la oportunidad de averiguar exactamente qué moléculas estamos viendo y poner algunos límites a las abundancias", dice Joanna Barstow, coautora de la Open University del Reino Unido.
Los espectros muestran signos claros de vapor de agua, tanto en el lado nocturno como en el diurno del planeta, lo que proporciona información adicional sobre el grosor de las nubes y su extensión en la atmósfera.
Sorprendentemente, los datos también informan de una clara ausencia de metano en la atmósfera. Aunque el lado diurno es demasiado caliente para que exista este gas (la mayor parte del carbono debería estar en forma de monóxido de carbono), el metano debería ser estable y detectable en el lado nocturno, más frío.
"El hecho de que no veamos metano nos indica que WASP-43b debe tener vientos de velocidades cercanas a los 8.000 kilómetros por hora", explicó Barstow. "Si los vientos mueven el gas del lado diurno al nocturno y viceversa con suficiente rapidez, no hay tiempo suficiente para que las reacciones químicas esperadas produzcan cantidades detectables de metano en el lado nocturno".
Vientos de velocidades cercanas a los 8.000 kilómetros por hora.
El equipo cree que, debido a esta mezcla impulsada por el viento, la química atmosférica es la misma en todo el contorno del planeta, lo que no era evidente en trabajos anteriores con Hubble y Spitzer.
"El hecho de que no veamos metano nos indica que WASP-43b debe tener vientos de velocidades cercanas a los 8.000 kilómetros por hora— explica Barstow. Y añade—: Si los vientos mueven el gas del lado diurno al nocturno —y viceversa— con suficiente rapidez, no hay tiempo suficiente para que las reacciones químicas esperadas produzcan cantidades detectables de metano en el lado nocturno".
El equipo cree que, debido a esta mezcla impulsada por el viento, la química atmosférica es la misma en todo el contorno del planeta, lo que no era evidente en trabajos anteriores con el Hubble y el Spitzer.
Información facilitada por la NASA -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Bell, T.J., Crouzet, N., Cubillos, P.E. et al. Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b. Nature Astronomy (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02230-x
