WASP-121b, exoplaneta con atmósfera de agua.

Hubble detecta un exoplaneta con atmósfera de agua que brilla intensamente.

Esta imagen de artista nos muestra el exoplaneta WASP-121b que presenta la mejor evidencia de una estratosfera en un exoplaneta.
Crédito: Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, Universidad de Exeter.  

Los científicos han descubierto la evidencia más fuerte hasta la fecha de una estratosfera en un planeta fuera de nuestro sistema solar, o exoplaneta. Una estratosfera es una capa de atmósfera en la que la temperatura aumenta con las altitudes más altas.

"Este resultado es emocionante porque muestra que un rasgo común de la mayoría de las atmósferas de nuestro sistema solar, una cálida estratosfera, también se puede encontrar en las atmósferas de exoplanetas", dijo Mark Marley, coautor del estudio en el Centro de Investigación Ames de la NASA California Silicon Valley. "Ahora podemos comparar procesos en atmósferas de exoplanetas con los mismos procesos que ocurren bajo diferentes conjuntos de condiciones en nuestro propio sistema solar".

El Hubble.

Los científicos utilizaron datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA para estudiar WASP-121b [1], un tipo de exoplaneta llamado "Júpiter Caliente". Su masa es 1,2 veces la de Júpiter, y su radio es alrededor de 1,9 veces el de Júpiter haciéndolo más hueco. Pero mientras Júpiter gira alrededor de nuestro sol una vez cada 12 años, WASP-121b tiene un período orbital de sólo 1,3 días. Este exoplaneta está tan cerca de su estrella que si se acercaba más, la gravedad de la estrella comenzaría a desgarrarla. También significa que la parte superior de la atmósfera del planeta se calienta a unos ardientes 4,600 grados Fahrenheit (2.500 grados centígrados), lo suficientemente caliente como para fundir algunos metales. Se estima que el sistema WASP-121 está a unos 900 años luz de la Tierra, un largo camino pero cerca en cálculos de estándares galácticos.

La investigación anterior encontró los signos posibles de una estratosfera en el exoplaneta WASP-33b así como algunos otros Júpiteres calientes. El nuevo estudio presenta la mejor evidencia aún debido a la firma de las moléculas de agua caliente que los investigadores observaron por primera vez.

"Los modelos teóricos sugieren que las estratosferas pueden definir una clase distinta de planetas ultra-calientes, con implicaciones importantes para su física y química atmosféricas", dijo Tom Evans, autor principal e investigador de la Universidad de Exeter, Reino Unido. "Nuestras observaciones apoyan este cuadro."

Para estudiar la estratosfera de WASP-121b, los científicos analizaron cómo diferentes moléculas en la atmósfera reaccionan a longitudes de onda particulares de luz, utilizando las capacidades espectroscopia del Hubble. El vapor de agua en la atmósfera del planeta, por ejemplo, se comporta de manera predecible en respuesta a ciertas longitudes de onda de luz, dependiendo de la temperatura del agua.

La luz de la estrella es capaz de penetrar profundamente en la atmósfera de un planeta, donde eleva la temperatura del gas allí. Este gas irradia entonces su calor al espacio como luz infrarroja. Sin embargo, si hay vapor de agua más fresco en la parte superior de la atmósfera, las moléculas de agua evitarán que ciertas longitudes de onda de esta luz se escapen al espacio. Pero si las moléculas de agua en la parte superior de la atmósfera tienen una temperatura más alta, brillarán a las mismas longitudes de onda.

"La emisión de luz del agua significa que la temperatura está aumentando con la altura", dijo Tiffany Kataria, coautora del estudio en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California. "Estamos emocionados de explorar en qué longitudes este comportamiento persiste con próximas observaciones de Hubble".

Imagen de autor de WASP-121b.

El fenómeno es similar a lo que ocurre con los fuegos artificiales, que obtienen sus colores de los productos químicos que emiten luz. Cuando las sustancias metálicas se calientan y se vaporizan, sus electrones se mueven a estados de energía más alta. Dependiendo del material, estos electrones emitirán luz en longitudes de onda específicas a medida que pierdan energía: el sodio produce amarillo-naranja y el estroncio produce rojo en este proceso, por ejemplo. Las moléculas de agua en la atmósfera de WASP-121b también emiten radiación a medida que pierden energía, pero en forma de luz infrarroja, que el ojo humano es incapaz de detectar.

En la estratosfera de la Tierra, el ozono atrapa la radiación ultravioleta del sol, lo que eleva la temperatura de esta capa atmosférica. Otros cuerpos del sistema solar tienen estratosferas, también, el metano es responsable de calentar las estratosferas de Júpiter y Titán la luna de Saturno, por ejemplo.

En planetas del sistema solar, el cambio de temperatura dentro de una estratosfera es típicamente alrededor de 100 grados Fahrenheit (aproximadamente 56 grados centígrados). En WASP-121b, la temperatura en la estratosfera aumenta 1000 grados (560 grados Celsius). Los científicos aún no saben qué productos químicos están causando el aumento de temperatura en la atmósfera de WASP-121b. El óxido de vanadio y el óxido de titanio son candidatos, como se ven comúnmente en enanas marrones, "estrellas fallidas" que tienen algunos puntos en común con exoplanetas. Se espera que estos compuestos estén presentes solamente en los más calientes de los Júpiteres calientes, ya que se necesitan altas temperaturas para mantenerlos en un estado gaseoso.

El vídeo:

Esta animación de 360 ° representa el planeta WASP-121b, un exoplaneta con una atmósfera de agua brillante. La atmósfera está lo suficientemente caliente como para fundir hierro, WASP-121b es un tipo de exoplaneta conocido como un "Júpiter caliente". El planeta orbita cerca de su estrella anfitriona, ubicada en la constelación de 'Puppis', a unos 900 años luz de la Tierra.

"Este exoplaneta supercaliente va a ser un punto de referencia para nuestros modelos atmosféricos y será un gran objetivo de observación que se trasladará a la era Webb, el futuro telescopio espacial", dijo Hannah Wakeford, coautora del estudio que trabajó en esta investigación mientras estaba en el Goddard Space de la NASA Centro de Vuelo, Greenbelt, Maryland.

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (European Space Agency). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, maneja el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, realiza operaciones de ciencia del Hubble. STScI es operado por la NASA por la Asociación de Universidades de Investigación en Astronomía, Inc., en Washington, DC El Instituto de Tecnología de California (Caltech) administra el Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA.

Créditos:

Ilustración: NASA, ESA y G. Bacon (STScI)

Ciencia: NASA, ESA, y T. Evans (Universidad de Exeter)

Nota del autor.
El Wide Angle Search for Planets (WASP). WASP está compuesto por dos observatorios robóticos, cada uno de los cuales consiste en ocho cámaras de gran angular que simultánea y continuamente monitorean el cielo para la detección de tránsitos planetarios. Un tránsito ocurre cuando un planeta pasa frente a su estrella madre, bloqueando temporalmente parte de su luz. Las ocho cámaras de gran angular permiten monitorear millones de estrellas simultáneamente para detectar estos raros eventos de tránsito. Las cámaras WASP son operadas por un consorcio que incluye a Queen’s University Belfast, las Universidades de Keele, Leicester y St. Andrews, la Open University, el Isaac Newton Group en La Palma y el Instituto de Astrofísica de Canarias.

Publicado en hubblesite.org  y en nasa el 2 de agosto del 2.017