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Cómo el telescopio James Webb estudiará una supertierra cubierta de lava

Representación artística de planeta cubierto de lava. Crédito: NASA

Astrónomos de la NASA, la Agencia Espacial Europea e instituciones de investigación de todo el mundo se están preparando para que el Telescopio Espacial James Webb comience sus operaciones científicas en el verano de 2022. Webb, que se lanzó en diciembre de 2021, es el telescopio espacial más poderoso del mundo y estará listo para realizar la observación “hacia atrás en el tiempo” en algunas de las galaxias más distantes del universo (a través de la NASA).

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Pero Webb no solo estudiará galaxias y otros objetos como los agujeros negros, sino que también cambiará el estudio de los exoplanetas, que es el término utilizado para los planetas fuera de nuestro sistema solar. Las misiones actuales como el TESS de la NASA o el ahora retirado Telescopio Espacial Kepler descubrieron planetas fuera de nuestro sistema solar, y el número total de exoplanetas que conocemos ahora es de miles. Sin embargo, para la mayoría de estos planetas, solo tenemos datos básicos como su tamaño o masa y qué tan lejos están de su estrella anfitriona. Si bien esto es interesante, y se puede estimar cierta información sobre los entornos de los planetas, como su temperatura superficial, todavía hay mucho que tenemos que aprender sobre estos mundos lejanos.

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Ahí es donde entra Webb. El telescopio es tan poderoso que podrá aprender más sobre muchos de estos exoplanetas, en particular sobre si tienen atmósferas y de qué están compuestas estas atmósferas (a través de la NASA). Los estudios de exoplanetas de Webb incluirán algunos planetas extraños y salvajes, incluida una “súper-Tierra” cubierta de lava y otros planetas rocosos que son similares a la Tierra pero mucho más cerca de sus estrellas.

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Un mundo de lava infernal

Crédito de la imagen: NASA/ESA

Uno de los exoplanetas que Webb estudiará se llama 55 Cancri e; tiene algunas cualidades similares a las de la Tierra, pero es súper caliente. Este es un tipo de planeta llamado super-Tierra, lo que significa que es potencialmente rocoso como la Tierra, pero es más grande que nuestro planeta, aunque no tan grande como un gigante de hielo como Neptuno (a través de la NASA). Con una órbita de solo 1,5 millones de millas de su estrella, que es el 4% de la distancia entre Mercurio y el Sol, un año allí dura solo 18 horas. Eso significa que el planeta está cerca y es personal de su estrella, por lo que es extremadamente caliente y es bombardeado por la radiación.

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El planeta está tan caliente en la superficie, de hecho, que las temperaturas son lo suficientemente altas como para derretir la roca. Esto hace que los investigadores piensen que el planeta debe estar cubierto de océanos de lava a medida que las rocas se derriten por el calor de la estrella. Además, se cree que los planetas que orbitan tan cerca como 55 Cancri e están bloqueados por marea, lo que significa que un lado del planeta siempre está frente a su estrella. Por lo general, este lado, llamado lado diurno, se calentará mucho más que el espacio orientado hacia el lado, llamado lado nocturno. Y fenómenos meteorológicos extraños pueden ocurrir cuando hay una gran diferencia de temperatura entre estas dos mitades del planeta.

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En el exoplaneta WASP-121b bloqueado por las mareas, las diferencias de temperatura significan que podría haber nubes de metal y lluvia de gemas líquidas (a través de MPI). En 55 Cancri e, sin embargo, hay algo extraño sucediendo, ya que las lecturas utilizando el Telescopio Espacial Spitzer mostraron que la parte más caliente del planeta no parece alinearse con la parte que mira hacia la estrella.

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Un rompecabezas planetario

Telescopio Espacial James Webb. Crédito: Búsqueda Extraterrestre

Los investigadores quieren entender por qué la distribución del calor se ve diferente de lo que esperaban en este planeta, y usarán a James Webb para investigar. Una opción podría ser que la atmósfera del planeta se mueva y lleve calor consigo. “55 Cancri e podría tener una atmósfera espesa dominada por oxígeno o nitrógeno”, dijo uno de los investigadores que utilizará Webb para estudiar el planeta, Renyu Hu, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. “Si tiene una atmósfera, [Webb] tiene la sensibilidad y el rango de longitud de onda para detectarlo y determinar de qué está hecho”.

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Sin embargo, también hay otra opción: podría ser que, a diferencia de otros planetas que orbitan muy cerca de sus estrellas, 55 Cancri e no está realmente bloqueado por marea y podría tener un patrón de rotación similar al de Mercurio, que gira tres veces por cada dos veces que pasa alrededor de su estrella. Esto significaría que no tendría un lado a la luz del día perpetua, sino que tendría días y noches como lo hace la Tierra. “Eso podría explicar por qué la parte más caliente del planeta está cambiada”, dijo otro de los investigadores, Alexis Brandeker, de la Universidad de Estocolmo. “Al igual que en la Tierra, tomaría tiempo para que la superficie se caliente. El momento más caluroso del día sería por la tarde, no justo al mediodía”.

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Este patrón de calentamiento y enfriamiento podría tener algunos efectos sorprendentes, como crear una lluvia de lava a medida que la roca se derrite y vaporiza durante el día y luego se enfría y condensa por la noche. Para descubrir cuál de estas teorías es correcta, James Webb observará de cerca el planeta utilizando sus instrumentos de cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) e instrumento de infrarrojo medio (MIRI). Al observar su atmósfera, los investigadores deberían poder aprender qué opción es más probable.

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