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| Liberación del telescopio espacial Hubble desde el brazo robótico del transbordador el 25 de abril de 1990. La imagen fue tomada sólo unos segundos después de la liberación por una cámara montada en la bahía de carga del orbitador Discovery. El HST es un proyecto conjunto de la NASA y la ESA, que aporta la Cámara de Objetos Tenues y el sistema de antenas solares. Crédito: ESA |
Un equipo internacional de astrónomos ha analizado las observaciones de archivo de 25 Júpiter calientes realizadas por el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, lo que les ha permitido responder a cinco preguntas abiertas importantes para nuestra comprensión de las atmósferas de los exoplanetas. Entre otros hallazgos, el equipo descubrió que la presencia de óxidos e hidruros metálicos en las atmósferas de exoplanetas más calientes estaba claramente correlacionada con el hecho de que las atmósferas estuvieran invertidas térmicamente.
El campo de la ciencia de los exoplanetas hace tiempo que dejó de centrarse sólo en la detección para centrarse en la caracterización, aunque ésta sigue siendo un gran reto. Hasta ahora, la mayor parte de la investigación sobre la caracterización se ha dirigido a la modelización o a estudios centrados en uno o unos pocos exoplanetas. Este nuevo trabajo, dirigido por investigadores del University College London (UCL), utilizó la mayor cantidad de datos de archivo jamás examinada en un solo estudio de la atmósfera de un exoplaneta para analizar las atmósferas de 25 exoplanetas. La mayoría de los datos proceden de observaciones realizadas con el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA. El autor principal, Quentin Changeat, explica: "El Hubble permitió la caracterización en profundidad de 25 exoplanetas, y la cantidad de información que aprendimos sobre su química y formación -gracias a una década de intensas campañas de observación- es increíble".
El equipo científico trató de encontrar respuestas a cinco preguntas abiertas sobre las atmósferas de los exoplanetas, un objetivo ambicioso que lograron alcanzar. Sus preguntas indagaban en lo que el H y ciertos metales pueden decirnos sobre la química y la circulación de las atmósferas de los exoplanetas, así como sobre la formación de los mismos. Decidieron investigar una amplia gama de Júpiteres calientes, con la intención de identificar tendencias dentro de su población de muestra que pudieran proporcionar información sobre las atmósferas de los exoplanetas en general. El codirector del estudio, Billy Edwards, de la UCL y del Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), declaró: "Nuestro artículo marca un punto de inflexión en la historia de la investigación: "Nuestro trabajo marca un punto de inflexión en este campo: ahora estamos pasando de la caracterización de atmósferas individuales de exoplanetas a la caracterización de poblaciones atmosféricas".
Para investigar su muestra de 25 exoplanetas, el equipo reanalizó una enorme cantidad de datos de archivo, consistentes en 600 horas de observaciones del Hubble, que complementaron con más de 400 horas de observaciones del telescopio espacial Spitzer. Sus datos contenían eclipses para los 25 exoplanetas y tránsitos para 17 de ellos. Un eclipse se produce cuando un exoplaneta pasa por detrás de su estrella visto desde la Tierra, y un tránsito se produce cuando un planeta pasa por delante de su estrella. Los datos de los eclipses y tránsitos pueden proporcionar información crucial sobre la atmósfera de un exoplaneta.
El estudio a gran escala ha dado resultados y el equipo ha podido identificar algunas tendencias y correlaciones claras entre las constituciones atmosféricas de los exoplanetas y el comportamiento observado. Algunos de sus principales hallazgos están relacionados con la presencia o ausencia de inversiones térmicas en las atmósferas de su muestra de exoplanetas. Descubrieron que casi todos los exoplanetas con una atmósfera térmicamente invertida eran extremadamente calientes, con temperaturas superiores a 2000 Kelvins. Es importante destacar que esta temperatura es suficiente para que las especies metálicas TiO (óxido de titanio), VO (óxido de vanadio) y FeH (hidruro de hierro) sean estables en una atmósfera. De los exoplanetas que muestran inversiones térmicas, casi todos tienen H-, TiO, VO o FeH en sus atmósferas.
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| Un equipo internacional de astrónomos ha analizado las observaciones de archivo de 25 Júpiter calientes realizadas por el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA, lo que les ha permitido responder a cinco preguntas abiertas importantes para nuestra comprensión de las atmósferas de los exoplanetas. Entre otros hallazgos, el equipo descubrió que la presencia de óxidos e hidruros metálicos en las atmósferas de los exoplanetas más calientes estaba claramente correlacionada con el hecho de que las atmósferas estuvieran invertidas térmicamente. Crédito: ESA/Hubble, N. Bartmann |
Siempre es difícil extraer conclusiones de estos resultados, ya que la correlación no equivale necesariamente a la causalidad. Sin embargo, el equipo pudo proponer un argumento convincente de por qué la presencia de H-, TiO, VO o FeH podría conducir a una inversión térmica, a saber, que todas estas especies metálicas son absorbentes muy eficientes de la luz estelar. Podría ser que las atmósferas de los exoplanetas lo suficientemente calientes como para mantener estas especies tiendan a invertirse térmicamente porque entonces absorben tanta luz estelar que sus atmósferas superiores se calientan aún más. Por el contrario, el equipo también descubrió que los Júpiter calientes más fríos (con temperaturas inferiores a 2000 Kelvins, y, por tanto, sin H-, TiO, VO o FeH en sus atmósferas) casi nunca tenían atmósferas térmicamente invertidas.
Un aspecto importante de esta investigación fue que el equipo pudo utilizar una gran muestra de exoplanetas y una cantidad extremadamente grande de datos para determinar tendencias, que pueden utilizarse para predecir el comportamiento de otros exoplanetas. Esto es extremadamente útil, porque proporciona una visión de cómo pueden formarse los planetas, y también porque permite a otros astrónomos planificar más eficazmente futuras observaciones. Por el contrario, si un artículo estudia un solo exoplaneta con gran detalle, aunque es valioso, es mucho más difícil extrapolar tendencias. Una mejor comprensión de las poblaciones de exoplanetas también podría acercarnos a resolver los misterios abiertos sobre nuestro propio Sistema Solar. Como dice Changeat: "Muchas cuestiones, como los orígenes del agua en la Tierra, la formación de la Luna y las diferentes historias evolutivas de la Tierra y Marte, siguen sin resolverse a pesar de nuestra capacidad para obtener mediciones in situ. Los estudios de poblaciones de exoplanetas de gran tamaño, como el que presentamos aquí, tienen como objetivo comprender esos procesos generales."
Fuentes, créditos y referencias:
Q. Changeat, B. Edwards, A. F. Al-Refaie, A. Tsiaras, J. W. Skinner, J. Y. K. Cho, K. H. Yip, L. Anisman, M. Ikoma, M. F. Bieger, O. Venot, S. Shibata, I. P. Waldmann, G. Tinetti. Five Key Exoplanet Questions Answered via the Analysis of 25 Hot-Jupiter Atmospheres in Eclipse. The Astrophysical Journal Supplement Series, 2022; 260 (1): 3 DOI: 10.3847/1538-4365/ac5cc2