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Los Júpiteres calientes -planetas gaseosos gigantes que giran alrededor de sus estrellas anfitrionas en órbitas muy cerradas- son ahora un poco menos misteriosos gracias a un nuevo estudio que combina la modelización teórica con las observaciones del telescopio espacial Hubble.
Mientras que los estudios anteriores se centraban principalmente en mundos individuales clasificados como "Júpiter calientes" debido a su similitud superficial con el gigante gaseoso de nuestro propio sistema solar, el nuevo estudio es el primero que analiza una población más amplia de estos extraños mundos. Publicado en Nature Astronomy, el estudio, dirigido por un investigador de la Universidad de Arizona, proporciona a los astrónomos una "guía de campo" sin precedentes de los Júpiteres calientes y ofrece una visión de la formación de planetas en general.
Aunque los astrónomos creen que solo 1 de cada 10 estrellas alberga un exoplaneta de la clase de los Júpiter calientes, estos peculiares planetas constituyen una parte considerable de los exoplanetas descubiertos hasta la fecha, debido a que son más grandes y brillantes que otros tipos de exoplanetas, como los planetas rocosos, más parecidos a la Tierra, o los planetas gaseosos, más pequeños y fríos.
Debido a sus órbitas cercanas, se cree que la mayoría de los Júpiter calientes, si no todos, están encerrados en un abrazo de alta velocidad con sus estrellas anfitrionas, con un lado eternamente expuesto a la radiación de la estrella y el otro envuelto en una oscuridad perpetua. La superficie de un Júpiter caliente típico puede llegar a calentarse hasta casi 5.000 grados Fahrenheit, con especímenes "más fríos" que alcanzan los 1.400 grados, lo suficientemente calientes como para fundir el aluminio.
La investigación, dirigida por Megan Mansfield, becaria Sagan de la NASA en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, utilizó observaciones realizadas con el telescopio espacial Hubble que permitieron al equipo medir directamente los espectros de emisión de los Júpiter calientes, a pesar de que el Hubble no puede obtener imágenes directas de ninguno de estos planetas.
"Estos sistemas, estas estrellas y sus Júpiteres calientes, están demasiado lejos para resolver la estrella individual y su planeta", dijo Mansfield. "Todo lo que podemos ver es un punto: la fuente de luz combinada de los dos".
Mansfield y su equipo utilizaron un método conocido como eclipse secundario para extraer información de las observaciones que les permitiera profundizar en las atmósferas de los planetas y obtener información sobre su estructura y composición química. Esta técnica consiste en realizar repetidas observaciones del mismo sistema, captando el planeta en distintos puntos de su órbita, incluso cuando se sumerge detrás de la estrella.
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| La atmósfera turbulenta de un planeta caliente y gaseoso conocido como HD 80606b se muestra en esta simulación basada en datos del telescopio espacial Spitzer de la NASA. El planeta pasa la mayor parte del tiempo lejos de su estrella, pero cada 111 días se acerca mucho a ella, experimentando una enorme explosión de calor. Crédito: NASA/JPL-CalTech |
"Básicamente, medimos la luz combinada que proviene de la estrella y su planeta y comparamos esa medida con lo que vemos cuando el planeta está oculto detrás de su estrella", dijo Mansfield.
"Esto nos permite restar la contribución de la estrella y aislar la luz emitida por el planeta, aunque no podamos verla directamente".
Los datos del eclipse proporcionaron a los investigadores una visión de la estructura térmica de las atmósferas de los Júpiter calientes y les permitieron construir perfiles individuales de temperaturas y presiones para cada uno de ellos. A continuación, el equipo analizó la luz del infrarrojo cercano, que es una banda de longitudes de onda justo por encima del rango que los humanos pueden ver, procedente de cada sistema de Júpiter caliente en busca de las llamadas características de absorción. Dado que cada molécula o átomo tiene su propio perfil de absorción específico, como una huella dactilar, la observación de diferentes longitudes de onda permite a los investigadores obtener información sobre la composición química de los Júpiter calientes. Por ejemplo, si hay agua en la atmósfera del planeta, ésta absorberá la luz a 1,4 micras, que entra en el rango de longitudes de onda que el Hubble puede ver muy bien.
El equipo dio un paso más al cuantificar los datos observacionales y compararlos con modelos de los procesos físicos que se cree que actúan en las atmósferas de los Júpiter calientes. Los dos conjuntos coincidieron muy bien, confirmando que muchas de las predicciones sobre la naturaleza de los planetas basadas en el trabajo teórico parecen ser correctas, según Mansfield, quien dijo que los hallazgos son "emocionantes porque eran cualquier cosa menos garantizados."
Los resultados sugieren que es probable que todos los Júpiter calientes, no sólo los 19 incluidos en el estudio, contengan conjuntos similares de moléculas, como agua y monóxido de carbono, junto con cantidades más pequeñas de otras moléculas. Las diferencias entre los distintos planetas deberían consistir, sobre todo, en distintas cantidades relativas de estas moléculas. Los resultados también revelaron que las características de absorción de agua observadas variaban ligeramente de un Júpiter caliente a otro.
Según los autores, los resultados pueden utilizarse para orientar las expectativas de lo que los astrónomos podrían ver al observar un Júpiter caliente que no haya sido estudiado antes. El lanzamiento del nuevo telescopio insignia de la NASA, el telescopio espacial James Webb, previsto para el 18 de diciembre, tiene entusiasmados a los cazadores de exoplanetas porque Webb puede ver en un rango mucho más amplio de luz infrarroja, y permitirá una mirada mucho más detallada de los exoplanetas, incluidos los Júpiter calientes.
"Hay muchas cosas que aún no sabemos sobre cómo se forman los planetas en general, y una de las formas en que tratamos de entender cómo podría suceder es observando las atmósferas de estos Júpiter calientes y averiguando cómo llegaron a estar donde están", dijo Mansfield.
"Con los datos del Hubble, podemos observar las tendencias estudiando la absorción del agua, pero cuando hablamos de la composición de la atmósfera en su conjunto, hay muchas otras moléculas importantes que se quieren observar, como el monóxido de carbono y el dióxido de carbono, y el JWST nos dará la oportunidad de observarlas también".
Fuentes, créditos y referencias:
Megan Mansfield, A unique hot Jupiter spectral sequence with evidence for compositional diversity, Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01455-4
Imagen: Impresión artística que muestra un planeta caliente de Júpiter orbitando cerca de una de las estrellas del antiguo y rico cúmulo estelar Messier 67, situado entre 2.500 y 3.000 años luz de la Tierra en la constelación de Cáncer (El Cangrejo). Crédito: ESO/L. Calçada