Hallan nubes de arena en un planeta extrasolar gigante: el nuevo descubrimiento del James Webb

Ya sabíamos de la capacidad del telescopio espacial James Webb para registrar imágenes sin precedentes, tanto del cielo profundo como de nuestros planetas vecinos en el Sistema Solar. Pero no es solo capaz de obtener estas instantáneas: también fue diseñado para analizar la emisión infrarroja de objetos fríos muy distantes. Por ejemplo, los planetas extrasolares o exoplanetas.

Tras el estudio del espectro de emisión del exoplaneta VHS 1256b (situado a 40 años luz de la Tierra y 19 veces más masivo que Júpiter), un equipo internacional de investigadores ha llegado a la siguiente conclusión: este planeta extrasolar gigante contiene granos de arena en su atmósfera, así como agua, metano y monóxido de carbono.

Se trata de la primera vez que se logran identificar al mismo tiempo un número tan alto de moléculas en un planeta fuera del Sistema Solar.

Antes de comentar los nuevos resultados, adentrémonos en el mundo de los planetas extrasolares.

Más allá del Sistema Solar

Desde el colegio estudiamos los planetas del Sistema Solar (incluso cantado sus nombres, ordenándolos según su proximidad al Sol).

De este selecto grupo de ocho (Plutón pasó a ser considerado un planeta enano, aunque todavía existe controversia), cuatro son planetas rocosos (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) y los otros cuatro, los más alejados del Sol, gigantes gaseosos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno). En la antigüedad se les denominaba estrellas errantes, debido a que su posición en el firmamento no era constante como en el caso de las estrellas fijas.

Aunque los astrónomos suponían la existencia de planetas fuera del Sistema Solar, no fue hasta el 6 de octubre de 1995 cuando se descubrió el primer exoplaneta, que orbitaba una estrella de la secuencia principal. Se trataba del exoplaneta 51 Pegasi b, de tamaño mayor que Júpiter y que gira alrededor de la estrella Helvetios, a unos 50 años luz de nosotros.

Los hallazgos no dejaron de aumentar. Por ejemplo, la supertierra Gliese 876 d (uno de los primeros exoplanetas terrestres) y el sistema planetario TRAPPIST-1.

Sistema planetario TRAPPIST-1 a unos 39 años luz de la Tierra. NASA/JPL-Caltech.

La imagen superior es curiosa: siete exoplanetas rocosos (de tamaño similar a la Tierra) orbitan alrededor de una estrella enana roja. Como dato significativo, la distancia de estos planetas a su estrella es mucho menor que la del planeta Mercurio al Sol.

Un año en el planeta más lejano (TRAPPIST-1h) tiene una duración de 18,8 días terrestres, mientras que el más cercano (TRAPPIST-1b) completa una revolución en tan solo 1,5 días.

Precisamente, un estudio reciente de TRAPPIST-1b (basado en los datos de emisión infrarroja recogidos por el James Webb) muestra a un exoplaneta sin atmósfera significativa con una temperatura de hasta 230 grados centígrados en su lado diurno.

Hasta el año 2022 la NASA había confirmado unos 5000 exoplanetas de entre los cientos de miles de millones que puede albergar nuestra galaxia. Recientemente, el hallazgo del exoplaneta TOI 700 e (de tamaño similar a la Tierra y dentro de la llamada zona habitable) ha cobrado importancia, pues
podría albergar agua líquida en su superficie. Son los planetas perfectos para el desarrollo de la vida, tal como la conocemos.

Pero, ¿cómo han sido capaces los astrónomos de detectar estos exoplanetas?

Métodos para detectar exoplanetas

Imagen del planeta Júpiter (en el visible, infrarrojo y ultravioleta) registrada por el telescopio espacial Hubble. NASA, ESA, STScI, A. Simon (Goddard Space Flight Center), M.H. Wong (University of California, Berkeley), and the OPAL team.

Es probable que tengamos en mente alguna imagen de un planeta del Sistema Solar capturada por potentes telescopios terrestres o espaciales (capaces de capturar la luz reflejada por tales objetos fríos). Por ejemplo, en esta instantánea de Júpiter tomada por el telescopio espacial Hubble (y registrada en el visible, infrarrojo y ultravioleta) se pueden apreciar detalles sin precedentes de este gigante gaseoso.

El problema de este método de detección directa radica en la dificultad de captar la luz tan tenue reflejada por un exoplaneta lejano (donde, en la mayoría de los casos, serían deslumbrados por la estrella madre).

Aún así, los astrónomos han sido capaces de fotografiar un planeta extrasolar (2M1207b) orbitando alrededor de su estrella (2M1207).

Primera imagen directa de un exoplaneta (en falso color): el cuerpo central (azul) es la estrella enana marrón 2M1207 y, orbitando la misma, el exoplaneta 2M1207b (en rojo). ESA.

Por otro lado, existen métodos indirectos de detección ampliamente utilizados en astronomía. Destacan dos:

1. Velocidades radiales: basado en las variaciones de velocidad de una estrella central por efecto gravitacional de un planeta (en principio, invisible) orbitando en torno a ella. Este método ha resultado muy útil para detectar exoplanetas de mayor tamaño cercanos a su estrella central.
2. Tránsitos: consiste en observar la disminución de la intensidad de la luz de una estrella cuando un exoplaneta orbita delante de ella. También ha sido muy exitoso a la hora de hallar planetas extrasolares de gran tamaño.

El turbulento exoplaneta VHS 1256b

Volviendo a nuestro exoplaneta VHS 1256b, este gigante gaseoso orbita sus dos estrellas a una distancia cuatro veces mayor de lo que Plutón lo hace alrededor del Sol, completando una revolución en unos 10 000 años.

En consecuencia, la luz emitida por su atmósfera no va a mezclarse con la de sus estrellas madres. Esto permite obtener resultados muy fiables de su composición y dinámica.

Por otro lado, Webb no ha analizado este planeta mediante los métodos indirectos descritos anteriormente. En su lugar, ha registrado el espectro de emisión de su turbulenta atmósfera (que alcanzan temperaturas de 815 ⁰C) mediante dos de sus instrumentos a bordo.

Espectro de emisión del exoplaneta VHS 1256b registrado por los instrumentos NIRSpec y MIRI del telescopio espacial James Webb. NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI), B. Miles (University of Arizona), S. Hinkley (University of Exeter), B. Biller (University of Edinburgh), A. Skemer (University of California, Santa Cruz).

De esta forma, el gráfico de la figura superior muestra la radiación emitida por VHS 1256b, frente a las longitudes de onda en el infrarrojo en las que operan los instrumentos NIRSpec (eje horizontal, desde 1 hasta 5 micras) y MIRI (desde 5 hasta 28 micras).

Es notorio que, para unos rangos específicos de longitudes de onda, la curva presenta unos máximos de emisión (asociados con los distintos compuestos químicos presentes en la atmósfera del exoplaneta). En particular, el James Webb ha sido capaz de identificar agua, metano, monóxido de carbono y silicatos en la atmósfera de VHS 1256b.

La presencia de estos granos de silicatos de mayor tamaño es lo que los científicos autores de este hallazgo catalogan como
partículas de arena muy calientes. Por otro lado, los granos más finos podrían asemejarse a partículas diminutas en el humo.

Se trata del mayor número de moléculas identificadas al mismo tiempo en un planeta extrasolar (debido al amplio rango de longitudes de onda en el infrarrojo que los instrumentos NIRSpec y MIRI pueden medir).

¿Logrará el James Webb detectar otras moléculas como el oxígeno o el dióxido de carbono en la atmósfera de planetas muy lejanos? Casi con toda seguridad, se trata de una cuestión de tiempo.

Óscar del Barco Novillo, Profesor Ayudante Doctor. Departamento de Física Aplicada., Universidad de Zaragoza

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.