El planeta GJ 1214 b, un “mini-Neptuno” con lo que probablemente sea una atmósfera nebulosa y vaporosa. Un nuevo estudio basado en las observaciones del telescopio Webb de la NASA proporciona información sobre este tipo de planetas, los más comunes en la galaxia.
El telescopio espacial James Webb de la NASA ha observado un planeta distante fuera de nuestro sistema solar, y diferente a todo lo que hay en él, para revelar lo que probablemente sea un mundo altamente reflectante con una atmósfera vaporosa. Es la mirada más cercana hasta ahora al mundo misterioso, un “mini-Neptuno” que era en gran medida impenetrable para las observaciones anteriores.
Y aunque el planeta, llamado GJ 1214 b, es demasiado caliente para albergar océanos de agua líquida, el agua en forma vaporizada aún podría ser una parte importante de su atmósfera.
“El planeta está totalmente cubierto por algún tipo de neblina o capa de nubes”, dijo Eliza Kempton, investigadora de la Universidad de Maryland y autora principal de un nuevo artículo, publicado en Nature , sobre el planeta. “La atmósfera permaneció totalmente oculta para nosotros hasta esta observación”. Señaló que, si en verdad era rico en agua, el planeta podría haber sido un “mundo de agua”, con grandes cantidades de material acuoso y helado en el momento de su formación.
Para penetrar una barrera tan gruesa, el equipo de investigación se arriesgó con un enfoque novedoso: además de realizar la observación estándar (capturar la luz de la estrella anfitriona que se filtró a través de la atmósfera del planeta), rastrearon a GJ 1214 b a lo largo de casi toda su órbita alrededor de la estrella.
La observación demuestra el poder del instrumento de infrarrojo medio de Webb (MIRI), que ve longitudes de onda de luz fuera de la parte del espectro electromagnético que los ojos humanos pueden ver. Usando MIRI, el equipo de investigación pudo crear una especie de “mapa de calor” del planeta mientras orbitaba la estrella. El mapa de calor reveló, justo antes de que la órbita del planeta lo llevara detrás de la estrella, y cuando emergió del otro lado, tanto su lado diurno como el nocturno, revelando detalles de la composición de la atmósfera.
Esta es una ilustración anterior que muestra cómo podría verse el exoplaneta GJ 1214 b según la información disponible en ese momento. GJ 1214 b, un cálido exoplaneta del tamaño de un sub-Neptuno a unos 48 años luz de la Tierra, es uno de los exoplanetas más estudiados de la galaxia. Las observaciones espectroscópicas anteriores indican que el planeta está envuelto en aerosoles (nubes o neblina), lo que hizo imposible determinar la composición de los gases que componen su espesa atmósfera antes de Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA y D. Player (STScI)
“La capacidad de obtener una órbita completa fue realmente fundamental para comprender cómo el planeta distribuye el calor del lado diurno al lado nocturno”, dijo Kempton. “Hay mucho contraste entre el día y la noche. El lado de la noche es más frío que el lado del día. De hecho, las temperaturas cambiaron de 535 a 326 grados Fahrenheit (de 279 a 165 grados Celsius ).
Un cambio tan grande solo es posible en una atmósfera formada por moléculas más pesadas, como agua o metano, que parecen similares cuando se observan con MIRI. Eso significa que la atmósfera de GJ 1214 b no está compuesta principalmente por moléculas de hidrógeno más ligeras, dijo Kempton, lo que es una pista potencialmente importante para la historia y la formación del planeta, y quizás su comienzo acuoso.
“Esta no es una atmósfera primordial”, dijo. “No refleja la composición de la estrella anfitriona alrededor de la cual se formó. En cambio, perdió mucho hidrógeno, si comenzó con una atmósfera rica en hidrógeno, o se formó a partir de elementos más pesados, para empezar, material más helado y rico en agua”.
Más frío de lo esperado
Y aunque el planeta está caliente según los estándares humanos, es mucho más frío de lo esperado, señaló Kempton. Esto se debe a que su atmósfera inusualmente brillante, que sorprendió a los investigadores, refleja una gran fracción de la luz de su estrella madre en lugar de absorberla y calentarse más.
Las nuevas observaciones podrían abrir la puerta a un conocimiento más profundo de un tipo de planeta envuelto en incertidumbre. Los mini-neptunos, o sub-neptunos, como se les llama en el artículo, son el tipo de planeta más común en la galaxia, pero son misteriosos para nosotros porque no se encuentran en nuestro sistema solar. Las mediciones hasta ahora muestran que son muy similares a, digamos, una versión reducida de nuestro propio Neptune. Más allá de eso, poco se sabe.
“Durante la última casi década, lo único que realmente sabíamos sobre este planeta era que la atmósfera estaba nublada o nebulosa”, dijo Rob Zellem, un investigador de exoplanetas que trabaja con la coautora y colega investigadora de exoplanetas Tiffany Kataria en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA. en el sur de California. “Este documento tiene implicaciones realmente geniales para interpretaciones climáticas detalladas adicionales, para observar la física detallada que sucede dentro de la atmósfera de este planeta”.
El nuevo trabajo sugiere que el planeta podría haberse formado más lejos de su estrella, un tipo conocido como enana roja, y luego girar gradualmente en espiral hacia su actual órbita cercana. El año del planeta, una órbita alrededor de la estrella, toma solo 1,6 días terrestres.
“La explicación más simple, si encuentras un planeta muy rico en agua, es que se formó más lejos de la estrella anfitriona”, dijo Kempton.
Se necesitarán más observaciones para precisar más detalles sobre GJ 1214 b, así como las historias de formación de otros planetas en la clase mini-Neptuno. Mientras que una atmósfera acuosa parece probable para este planeta, también es posible un componente significativo de metano. Y sacar conclusiones más amplias sobre cómo se forman los mini-Neptunos requerirá que se observen más en profundidad.
“Al observar una población completa de objetos como este, esperamos poder construir una historia consistente”, dijo Kempton.
Referencia:
“Una atmósfera reflectante rica en metales para GJ 1214b a partir de su curva de fase JWST” por Eliza M.-R. Kempton, Michael Zhang, Jacob L. Bean, Maria E. Steinrueck, Anjali AA Piette, Vivien Parmentier, Isaac Malsky, Michael T. Roman, Emily Rauscher, Peter Gao, Taylor J. Bell, Qiao Xue, Jake Taylor, Arjun B. Savel, Kenneth E. Arnold, Matthew C. Nixon, Kevin B. Stevenson, Megan Mansfield, Sarah Kendrew, Sebastian Zieba, Elsa Ducrot, Achrène Dyrek, Pierre-Olivier Lagage, Keivan G. Stassun, Gregory W. Henry, Travis Barman, Roxana Lupu, Matej Malik, Tiffany Kataria, Jegug Ih, Guangwei Fu, Luis Welbanks y Peter McGill, 10 de mayo de 2023, Nature . DOI: 10.1038/s41586-023-06159-5