Más allá de la ciencia ficción: las primeras observaciones en 3D de la atmósfera de un exoplaneta revelan un clima único
Este diagrama muestra la estructura y el movimiento de la atmósfera del exoplaneta Tylos (WASP-121b). En esta figura, el exoplaneta se muestra desde arriba, mirando a uno de sus polos. El planeta gira en sentido contrario al de las agujas del reloj, de tal manera que siempre muestra el mismo lado a su estrella anfitriona, por lo que siempre es de día en una mitad del planeta y de noche en la otra. La transición entre la noche y el día es el "lado de la mañana", mientras que el "lado de la tarde" representa la transición entre el día y la noche; su lado matutino está a la derecha y su lado vespertino a la izquierda.
Fuente: ESO
La atmósfera de Tylos está dividida en tres capas, con vientos de hierro en la parte inferior, seguidos de una corriente en chorro muy rápida de sodio y, finalmente, una capa superior de vientos de hidrógeno. Este tipo de clima nunca se había visto antes en ningún planeta. Crédito:ESO/M. Kornmesser
«La atmósfera de este planeta se comporta de maneras que desafían nuestra comprensión de cómo funciona el clima, no solo en la Tierra, sino en todos los planetas. Parece sacado de la ciencia ficción», afirma Julia Victoria Seidel, investigadora del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile y autora principal del estudio, publicado hoy en Nature.
El planeta, WASP-121b (también conocido como Tylos), está a unos 900 años luz de distancia, en la constelación de Puppis. Es un Júpiter ultracaliente, un gigante gaseoso que orbita alrededor de su estrella anfitriona tan cerca que un año allí dura solo unas 30 horas terrestres. Además, un lado del planeta es abrasador, ya que siempre está mirando hacia la estrella, mientras que el otro lado es mucho más frío.
Ahora el equipo ha estudiado las profundidades de la atmósfera de Tylos y ha revelado la presencia de distintos vientos en capas separadas, creando un mapa en tres dimensiones de la estructura de la atmósfera. Es la primera vez que la comunidad astronómica ha podido estudiar la atmósfera de un planeta fuera de nuestro Sistema Solar con tanta profundidad y detalle.
«Lo que descubrimos fue sorprendente: una corriente en chorro hace girar el material alrededor del ecuador del planeta, mientras que un flujo separado en los niveles más bajos de la atmósfera mueve el gas del lado caliente al lado más frío. Este tipo de clima nunca se ha visto antes en ningún planeta», afirma Seidel, quien también es investigadora en el Laboratorio Lagrange, que forma parte del Observatorio de la Costa Azul, en Francia. La corriente en chorro observada se extiende por la mitad del planeta, ganando velocidad y agitando violentamente la atmósfera superior a medida que cruza el lado caliente de Tylos. «En comparación, incluso los huracanes más fuertes del Sistema Solar parecen tranquilos», añade.
Para desvelar la estructura tridimensional de la atmósfera del exoplaneta, el equipo utilizó el instrumento ESPRESSO del VLT de ESO con el fin de combinar la luz de sus cuatro grandes unidades de telescopio en una sola señal. Este modo combinado del VLT recoge cuatro veces más luz que una unidad de telescopio individual, revelando detalles más tenues. Al observar el planeta durante un tránsito completo frente a su estrella anfitriona, ESPRESSO pudo detectar firmas de múltiples elementos químicos, detectando, como resultado, las diferentes capas de la atmósfera.
«El VLT nos permitió sondear tres capas diferentes de la atmósfera del exoplaneta de una sola vez», declara el coautor del estudio, Leonardo A. dos Santos, astrónomo asistente en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Estados Unidos. El equipo rastreó los movimientos del hierro, el sodio y el hidrógeno, lo que les permitió rastrear los vientos en las capas profunda, media y poco profunda de la atmósfera del planeta, respectivamente. «Es el tipo de observación que es muy difícil de hacer con telescopios espaciales, lo que pone de manifiesto la importancia de las observaciones terrestres de exoplanetas», añade.
Curiosamente, las observaciones también revelaron la presencia de titanio justo debajo de la corriente en chorro, como se destaca en un estudio complementario publicado en Astronomy and Astrophysics. Esta fue otra sorpresa, ya que observaciones anteriores del planeta habían mostrado la ausencia de este elemento, posiblemente porque está oculto en las profundidades de la atmósfera.
«Es realmente alucinante que podamos estudiar detalles como la composición química y los patrones climáticos de un planeta a una distancia tan grande», declara Bibiana Prinoth, estudiante de doctorado en la Universidad de Lund (Suecia) y ESO, quien dirigió el estudio complementario y es coautora del artículo de Nature.
Sin embargo, para descubrir la atmósfera de planetas más pequeños, similares a la Tierra, se necesitarán telescopios más grandes. Entre ellos se encuentra el Extremely Large Telescope (ELT) de ESO, que se encuentra actualmente en construcción en el desierto de Atacama, en Chile. «El ELT cambiará las reglas del juego para el estudio de las atmósferas de los exoplanetas», afirma Prinoth. «Esta experiencia me hace sentir que estamos a punto de descubrir cosas increíbles con las que hasta ahora solo podemos soñar”.
A medida que el planeta cruza frente a su estrella anfitriona, los átomos de la atmósfera del planeta absorben colores o longitudes de onda específicos de la luz de la estrella que se pueden medir con un espectrógrafo. A partir de estos datos, obtenidos en este caso con el instrumento ESPRESSO, instalado en el Very Large Telescope de ESO, la comunidad astronómica puede reconstruir la composición y la velocidad de las diferentes capas de la atmósfera.
La capa más profunda es un viento de hierro que sopla desde el punto del planeta donde la estrella está directamente sobre su cabeza. Por encima de esta capa hay un chorro muy rápido de sodio que se mueve más rápido de lo que gira el planeta. Este chorro en realidad se acelera a medida que se mueve desde el lado de la mañana al lado de la tarde del planeta. Finalmente, hay una capa superior de viento de hidrógeno que sopla hacia afuera. Esta capa de hidrógeno se superpone con el chorro de sodio que se encuentra debajo. Crédito: ESO/M. Kornmesser
