El telescopio James Webb investiga los amaneceres y atardeceres eternos de un mundo lejano
El fabuloso telescopio espacial James Webb de la NASA ha confirmado lo que los modelos habían predicho anteriormente: WASP-39 b, un exoplaneta gigante bloqueado por marea con su estrella madre, tiene diferencias entre la atmósfera de su cara eternamente matutina y la del lado eternamente nocturno.
Por el Goddard Space Flight Center de la NASA
Recreación de cómo podría ser el exoplaneta WASP-39 b, según las observaciones de tránsito indirecto del James Webb, así como de otros telescopios espaciales y terrestres. Los datos recopilados por el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) de Webb muestran variaciones entre la eterna atmósfera matutina y vespertina del planeta. Cortesía: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)
Astrónomos han confirmado finalmente lo que los modelos habían predicho anteriormente: un exoplaneta presenta diferencias entre sus eternas atmósferas matutina y vespertina. WASP-39 b, un planeta gigante con un diámetro 1,3 veces superior al de Júpiter, pero con una masa similar a la de Saturno, que orbita alrededor de una estrella situada a unos 700 años luz de la Tierra, está acoplado por marea a su estrella madre. Esto significa que tiene una cara diurna y otra nocturna constantes.
Dicho de otros modo, una cara del planeta está siempre expuesta a su estrella, mientras que la otra está siempre envuelta en la oscuridad. Es algo similar a lo que le ocurre a la Luna con la Tierra.
Con la ayuda del espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) del telescopio espacial James Webb de la NASA, los astrónomos han confirmado la existencia de una diferencia de temperatura entre la mañana y el atardecer eternos en WASP-39 b: el atardecer parece estar más caliente en unos 200 ºC. También hallaron indicios de una cobertura de nubes diferente, ya que la parte del planeta correspondiente a la mañana eterna es probablemente más nubosa que la de la tarde.
Análisis de la zona ‘terminator’ de WASP-39 b
Los astrónomos analizaron el espectro de transmisión de 2 a 5 micras de WASP-39 b, una técnica que estudia la zona terminador del exoplaneta, esto es, el límite que separa el lado diurno del nocturno del mundo en cuestión. Un espectro de transmisión se obtiene comparando la luz estelar filtrada a través de la atmósfera de un planeta a medida que se desplaza frente a la estrella, con la luz estelar no filtrada detectada cuando el planeta se encuentra junto a la estrella.
Al realizar esa comparación, los investigadores pueden obtener información sobre la temperatura, la composición y otras propiedades de la atmósfera del planeta.
El exomundo WASP-39 b muestra siempre la misma cara a su estrella anfitriona. Cortesía: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)
"WASP-39 b se ha convertido en una especie de planeta de referencia para estudiar la atmósfera de los exoplanetas con el James Webb —explica Néstor Espinoza, investigador de exoplanetas del Space Telescope Science Institute y autor principal del estudio. Y añade—: Tiene una atmósfera inflada e hinchada, por lo que la señal procedente de la luz estelar filtrada a través de la atmósfera del planeta es bastante fuerte".
Los espectros de la atmósfera de WASP-39b realizados anteriormente por el James Webb anteriormente, que revelaron la presencia de dióxido de carbono, dióxido de azufre, vapor de agua y sodio, representan toda la frontera entre el día y la noche; no hubo ningún intento de diferenciar con detalle entre un lado y otro.
Noches tórridas y mañanas “fresquitas”
Ahora, el nuevo análisis ofrece dos espectros diferentes a partir de la región del terminador, esencialmente dividiendo el límite día/noche en dos semicírculos, uno de la noche y el otro de la mañana. Los datos revelan que la noche fue significativamente más calurosa, con una temperatura de 800º C, frente a la de la mañana, con una temperatura relativamente más fresca de 600 ºC.
"Es realmente sorprendente que podamos analizar esta pequeña diferencia, y solo es posible gracias a la sensibilidad del James Webb en longitudes de onda del infrarrojo cercano y sus sensores fotométricos extremadamente estables —comenta Espinoza. Y continúa—: Cualquier pequeño movimiento en el instrumento o con el observatorio mientras se recopilan datos habría limitado seriamente nuestra capacidad para hacer esta detección. Debe ser extraordinariamente preciso, y el James Webb es precisamente eso".
Este espectro de transmisión expone las cantidades de diferentes longitudes de onda (colores) de luz estelar del infrarrojo cercano bloqueadas por la atmósfera del exoplaneta gigante de gas caliente WASP-39 b. El espectro muestra evidencia clara de agua y dióxido de carbono, y una variación en la temperatura entre la mañana y la noche en el exoplaneta. Cortesía: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)
La modelización exhaustiva de los datos obtenidos también permite a los investigadores estudiar la estructura de la atmósfera de WASP-39 b, la cubierta de nubes y por qué el atardecer es más cálido. Aunque los futuros trabajos del equipo estudiarán cómo la capa de nubes puede afectar a la temperatura, y viceversa, los astrónomos confirmaron que la circulación de gas alrededor del planeta es la principal responsable de la diferencia de temperatura en WASP-39 b.
En un exoplaneta altamente irradiado como WASP-39 b, que orbita relativamente cerca de su estrella, los investigadores suelen esperar que el gas se mueva a medida que el planeta gira alrededor de su estrella: el gas más caliente del lado diurno debería desplazarse a través del lado nocturno a través de una potente corriente en chorro ecuatorial. Dado que la diferencia de temperatura es tan extrema, la diferencia de presión atmosférica también sería significativa, lo que a su vez provocaría vientos de gran velocidad.
Utilizando modelos de circulación general, modelos tridimensionales similares a los utilizados para predecir los patrones meteorológicos en la Tierra, los investigadores descubrieron que en WASP-39 b los vientos dominantes se mueven probablemente desde el lado nocturno a través del terminador matutino, alrededor del lado diurno, a través del terminador vespertino, y luego alrededor del lado nocturno.
La velocidad del viento en WASP-39 b puede alcanzar miles de kilómetros por hora
Como resultado, el lado matutino del terminador es más frío que el vespertino. En otras palabras, el lado matutino es azotado por vientos que se ha enfriado en el lado nocturno, mientras que el lado vespertino es golpeado por vientos de aire calentado en el lado diurno. Las investigaciones sugieren que la velocidad del viento en WASP-39 b puede alcanzar miles de kilómetros por hora.
"Este análisis también es especialmente interesante porque se obtiene información tridimensional sobre el planeta que antes no se obtenía —añade Espinoza. Y concluye—: Como podemos saber que el borde vespertino está más caliente, eso significa que está un poco más hinchado. Así que, teóricamente, hay un pequeño oleaje en el terminador acercándose al lado nocturno del planeta". ▪️
Información facilitada por el Goddard Space Flight Center -Adaptación: Enrique Coperías / RexMolón Producciones
Fuente: Espinoza, N., Steinrueck, M.E., Kirk, J. et al. Inhomogeneous terminators on the exoplanet WASP-39 b. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07768-4
