NUEVO ESTUDIO DETALLA LA ATMÓSFERA DE UN ‘ NEPTUNO CALIENTE’ A 260 AÑOS LUZ DE DISTANCIA QUE ‘NO DEBERÍA EXISTIR’

Resumen

Un equipo dirigido por un astrónomo de la Universidad de Kansas ha analizado datos de los telescopios espaciales TESS y Spitzer de la NASA. Logró retratar por primera vez la atmósfera de un tipo de exoplaneta muy inusual denominado «Neptuno caliente».

Los hallazgos sobre el planeta LTT 9779b encontrado recientemente se publicaron en ‘Astrophysical Journal Letters’. El documento detalla la primera caracterización atmosférica espectral de un planeta descubierto por TESS. También el primer mapa de temperatura global de un planeta TESS con una atmósfera. Por último, detalla un Neptuno caliente cuyo espectro de emisión es fundamentalmente diferente de los muchos «Júpiter calientes» más grandes estudiados previamente.

Un planeta extremo

La impresión de este artista muestra LTT 9779b cerca de la estrella que orbita. Destaca el lado diurno ultracaloroso (2000 Kelvin) del planeta y su lado nocturno bastante caluroso (alrededor de 1000 K).

«Por primera vez, medimos la luz proveniente de este planeta que no debería existir», dijo Ian Crossfield. Él es Profesor Asistente de Física y Astronomía en KU y autor principal del artículo. “Este planeta está tan intensamente irradiado por su estrella que su temperatura supera los 1649 grados Celsius y su atmósfera podría haberse evaporado por completo. Sin embargo, nuestras observaciones de Spitzer nos muestran su atmósfera a través de la luz infrarroja que emite el planeta ”.

Si bien LTT 9779b es extraordinario, una cosa es segura: a la gente probablemente no le gustará mucho allí.

“Este planeta no tiene una superficie sólida, y es mucho más caliente incluso que Mercurio en nuestro Sistema Solar. No solo el plomo se derretiría en la atmósfera de este planeta, sino también el platino, el cromo y el acero inoxidable”, dijo Crossfield. “Un año en este planeta es menos de 24 horas, así de rápido gira alrededor de su estrella. Es un sistema bastante extremo».

Estudiando la composición atmosférica.

La impresión de este artista muestra el sistema LTT 9779 aproximadamente a escala. El planeta caliente del tamaño de Neptuno a la izquierda y su brillante estrella cercana a la derecha. El rastro de material que sale del planeta es hipotético pero probable, basado en la intensa irradiación de este planeta.

El Neptuno calietne LTT 9779b fue descubierto el año pasado. Se convirtió en uno de los primeros planetas del tamaño de Neptuno descubierto por la misión de caza de planetas TESS de la NASA. Crossfield y sus coautores utilizaron una técnica llamada análisis de «curva de fase» para analizar la composición atmosférica del exoplaneta. 

“Medimos cuánta luz infrarroja estaba siendo emitida por el planeta mientras gira 360 grados sobre su eje”, dijo. “La luz infrarroja te dice la temperatura de algo y dónde están las partes más calientes y frías de este planeta. En la Tierra, no hace más calor al mediodía; hace más calor un par de horas después en la tarde. Pero en este planeta, en realidad hace más calor al mediodía. Vemos que la mayor parte de la luz infrarroja proviene de la parte del planeta cuando su estrella está en lo alto. De otras partes del planeta viene mucho menos».

La impresión de este artista muestra a LTT 9779b en tránsito por la estrella que orbita. Este tránsito bloquea brevemente una fracción apreciable de la luz de la estrella. Es la forma en que el planeta fue descubierto por primera vez por la misión TESS de la NASA.
Crédito ilustraciones: Ethen Schmidt.

Las lecturas de la temperatura del planeta se consideran una forma de caracterizar su atmósfera.

«El planeta es mucho más frío de lo que esperábamos, lo que sugiere que está reflejando gran parte de la luz estelar incidente. Esto es debido presumiblemente a las nubes del lado del día», dijo el coautor Nicolas Cowan del  Instituto de Investigación de Exoplanetas  (iREx) McGill University en Montreal. Él ayudó en el análisis e interpretación de las mediciones de la curva de fase térmica.  “El planeta, tampoco transporta mucho calor a su lado nocturno, pero creemos que entendemos por qué. La luz de la estrella que se absorbe, probablemente se absorba en lo alto de la atmósfera. Desde allí la energía se irradia rápidamente de regreso al espacio”.

Según Crossfield, los resultados son solo un primer paso hacia una nueva fase de exploración exoplanetaria. El estudio de las atmósferas de exoplanetas avanza constantemente hacia la fase de planetas cada vez más pequeños.

Características de absorción espectral y circulación de energía y material atmosférico

«No diría que ahora entendemos todo sobre este planeta. Hemos medido lo suficiente para saber que este será un objeto realmente fructífero para un estudio futuro», dijo. “Ya está siendo un objeto de observación con el telescopio espacial James Webb, que es el próximo gran telescopio espacial insignia de la NASA. Lo que nuestras mediciones nos muestran hasta ahora son lo que llamamos características de absorción espectral. Su espectro indica monóxido de carbono o dióxido de carbono en la atmósfera. Estamos empezando a entender qué moléculas componen su atmósfera. Porque vemos esto, y debido a cómo se ve este mapa de temperatura global, también nos dice algo más. Esto es, cómo los vientos hacen circular la energía y el material a través de la atmósfera de este mini planeta gaseoso».

Un Neptuno en el ‘desierto de Neptunos calientes’

Crossfield explicó la extrema rareza de los mundos similares a Neptuno que se encuentran cerca de sus estrellas anfitrionas. Una región típicamente tan desprovista de planetas tipo Neptuno, que los astrónomos la llaman el «desierto de Neptunos calientes».

«Creemos que se debe a que los Neptuno calientes no son lo suficientemente masivos para evitar la evaporación atmosférica sustancial y la pérdida de masa», dijo. «Entonces, la mayoría de los exoplanetas calientes cercanos son los Júpiter calientes masivos, o planetas rocosos que hace tiempo perdieron la mayoría de sus atmósferas».

Un segundo estudio evalúa su atmósfera

Un artículo complementario a esta investigación, estudia la composición atmosférica del exoplaneta. Para ello utiliza observaciones de eclipses secundarios con la cámara de matriz de infrarrojos Spitzer (IRAC) del Neptuno caliente. El estudio fue dirigido por Diana Dragomir, Profesora Asistente de Física y Astronomía de la Universidad de Nuevo México.

LTT 9779b no es adecuado para la colonización por seres humanos o cualquier otra forma de vida conocida. Pero Crossfield dijo que evaluar su atmósfera perfeccionaría técnicas que algún día podrían usarse para encontrar planetas más acogedores para la vida.

«Los astrónomos hablan acerca de encontrar señales de vida u oxígeno en otros mundos. Para que alguien crea en ello, primero tendremos que demostrar que podemos hacerlo bien en las cosas fáciles», dijo. «En ese sentido, estos planetas más grandes y calientes como LTT 9779b actúan como ruedas de entrenamiento. Muestran que realmente sabemos lo que estamos haciendo y podemos hacer todo bien».

Crossfield dijo que su mirada a la atmósfera de un planeta tan extraño y distante también fue valiosa por sus propios méritos.

“Como alguien que estudia esto, hay mucha ciencia planetaria interesante que podemos hacer para medir las propiedades de estos planetas. Es lo mismo que la gente que estudia las atmósferas de Júpiter, Saturno y Venus, aunque no creemos que alberguen vida,» dijo. «Siguen siendo interesantes y podemos aprender sobre cómo se formaron estos planetas y el contexto más amplio de los sistemas planetarios».

Queda mucho por hacer

Crossfield dijo que queda mucho trabajo por hacer para comprender mejor el LTT 9779b y los Neptunos calientes similares aún no descubiertos. (Se está publicando al mismo tiempo un documento complementario sobre la composición atmosférica de LTT 9779b a través del análisis de su «espectro» de eclipse secundario. Documento que Crossfield coescribió).

“Queremos seguir observándolo con otros telescopios para poder responder más preguntas”, dijo. “¿Cómo es posible que este planeta retenga su atmósfera? ¿Cómo se formó en primer lugar? ¿Era inicialmente más grande pero ha perdido parte de su atmósfera original? Si es así, ¿por qué su atmósfera no es solo una versión reducida de las atmósferas de exoplanetas más grandes y ultracalientes? ¿Y qué más podría acechar en su atmósfera?»

Algunos de los coautores del artículo del investigador de KU, también planean continuar el estudio del exoplaneta improbable. 

“Detectamos monóxido de carbono en su atmósfera y que el lado permanente de día es muy caluroso. A su vez muy poco calor se transporta al lado nocturno.”, dijo Björn Benneke de iREx y la Université de Montréal. “Ambos hallazgos hacen que LTT 9779b diga que hay una señal muy fuerte que se puede observar. Esto convierte al planeta en un objetivo muy intrigante para una futura caracterización detallada con JWST. Ahora también estamos planificando observaciones de curva de fase mucho más detalladas con NIRISS en JWST ”.

Fuente: Universidad de Kansas, (KU).

Artículo original: «New study details atmosphere on ‘hot neptune’ 260 light years away that ‘shouldn’t exist.’ Brendan M. Lynch. October 24, 2020.

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