Cocinando Atmósferas alienígenas en la Tierra.
Formando moléculas alienígenas.
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| El concepto de este artista muestra el planeta KELT-9b, un ejemplo de un "Júpiter caliente" o un planeta gigante de gas que orbita muy cerca de su estrella madre. KELT-9b es un ejemplo extremo de un Júpiter caliente, con temperaturas en el lado del día que alcanzan los 7,800 grados Fahrenheit (4,300 Celcius). Crédito: NASA / JPL-Caltech. |
Los investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, están cocinando una atmósfera alienígena aquí en la Tierra. En un nuevo estudio, los científicos del JPL utilizaron un "horno" de alta temperatura para calentar una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono a más de 2.000 grados Fahrenheit (1.100 grados Celsius), aproximadamente la temperatura de la lava fundida. El objetivo era simular las condiciones que podrían encontrarse en las atmósferas de una clase especial de exoplanetas (planetas fuera de nuestro sistema solar) llamados "Júpiter calientes".
Los Júpiter calientes son gigantes gaseosos que orbitan muy cerca de su estrella madre, a diferencia de cualquiera de los planetas de nuestro sistema solar. Mientras que la Tierra tarda 365 días en orbitar el Sol, los Júpiter calientes orbitan sus estrellas en menos de 10 días. Su proximidad a una estrella significa que sus temperaturas pueden variar de 1.000 a 5.000 grados Fahrenheit (530 a 2.800 grados Celsius) o incluso más calientes. En comparación, un día caluroso en la superficie de Mercurio (que tarda 88 días en orbitar el Sol) alcanza aproximadamente los 800 grados Fahrenheit (430 grados Celsius).
"Aunque es imposible simular exactamente en el laboratorio estos entornos de exoplanetas duros, podemos acercarnos mucho", dijo Murthy Gudipati, científico principal de JPL, quien encabeza el grupo que realizó el nuevo estudio, publicado el mes pasado en Astrophysical Journal, enlace publicación.
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| Los científicos de JPL utilizaron el "horno" (centro) para calentar una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono y someterlo a radiación UV, generada por una lámpara de descarga de gas hidrógeno. La lámpara irradia luz visible (el brillo rosado) y luz UV, que ingresa al recipiente de gas dentro del horno a través de una ventana en el lado derecho. Crédito: NASA / JPL-Caltech. |
El equipo comenzó con una mezcla química simple compuesta principalmente de gas hidrógeno y un 0,3 por ciento de gas monóxido de carbono. Estas moléculas son extremadamente comunes en el universo y en los primeros sistemas solares, y podrían componer razonablemente la atmósfera de un Júpiter caliente. Luego el equipo calentó la mezcla a entre 620 y 2.240 grados Fahrenheit (330 y 1.230 grados Celsius).
El equipo también expuso la cerveza de laboratorio a una alta dosis de radiación ultravioleta, similar a lo que un Júpiter caliente experimentaría orbitando tan cerca de su estrella madre. La luz UV demostró ser un potente ingrediente. Fue en gran parte responsable de algunos de los resultados más sorprendentes del estudio sobre la química que podría tener lugar en estas atmósferas tostadas.
Los Júpiter calientes son grandes para los estándares del planeta e irradian más luz que los planetas más fríos. Tales factores han permitido a los astrónomos reunir más información sobre sus atmósferas que la mayoría de los otros tipos de exoplanetas. Esas observaciones revelan que muchas atmósferas calientes de Júpiter son opacas a grandes alturas. Aunque las nubes podrían explicar la opacidad, se vuelven cada vez menos sostenibles a medida que disminuye la presión, y se ha observado la opacidad cuando la presión atmosférica es muy baja.
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| El pequeño disco de zafiro de la derecha muestra los aerosoles orgánicos formados dentro de un horno de alta temperatura. El disco de la izquierda no ha sido utilizado. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech. |
Los científicos han estado buscando otras explicaciones que no sean las nubes, y los aerosoles (partículas sólidas suspendidas en la atmósfera) podrían ser una. Sin embargo, según los investigadores del JPL, los científicos no sabían cómo se podían desarrollar los aerosoles en las atmósferas calientes de Júpiter. En el nuevo experimento, la adición de luz UV a la mezcla química caliente hizo el truco.
"Este resultado cambia la forma en que interpretamos esos ambientes nebulosos y calientes de Júpiter", dijo Benjamin Fleury, científico investigador del JPL y autor principal del estudio. "En el futuro, queremos estudiar las propiedades de estos aerosoles. Queremos entender mejor cómo se forman, cómo absorben la luz y cómo responden a los cambios en el medio ambiente. Toda esa información puede ayudar a los astrónomos a comprender lo que están viendo cuando Observan estos planetas ".
El estudio produjo otra sorpresa: las reacciones químicas produjeron cantidades significativas de dióxido de carbono y agua. Si bien se ha encontrado vapor de agua en las atmósferas calientes de Júpiter, la mayoría de los científicos esperan que esta preciosa molécula se forme solo cuando hay más oxígeno que carbono. El nuevo estudio muestra que el agua puede formarse cuando el carbono y el oxígeno están presentes en cantidades iguales. (El monóxido de carbono contiene un átomo de carbono y un átomo de oxígeno). Y aunque se formó algo de dióxido de carbono (uno de carbono y dos átomos de oxígeno) sin la adición de radiación UV, las reacciones se aceleraron con la adición de luz de estrella simulada.
"Estos nuevos resultados son inmediatamente útiles para interpretar lo que vemos en las atmósferas calientes de Júpiter", dijo el científico del exoplaneta JPL Mark Swain, coautor del estudio. "Hemos asumido que la temperatura domina la química en estas atmósferas, pero esto demuestra que tenemos que ver cómo juega la radiación".
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| Espejo primario del telescopio espacial Webb. |
Con las herramientas de la próxima generación, como el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, que se lanzará en 2021, los científicos podrían producir los primeros perfiles químicos detallados de las atmósferas de exoplanetas, y es posible que algunos de esos primeros sujetos sean Jupiter calientes. Estos estudios ayudarán a los científicos a aprender cómo se forman otros sistemas solares y qué tan similares o diferentes son con los nuestros.
Para los investigadores del JPL, el trabajo acaba de comenzar. A diferencia de un horno típico, el suyo sella el gas herméticamente para evitar fugas o contaminación, y permite a los investigadores controlar la presión del gas a medida que aumenta la temperatura. Con este hardware, ahora pueden simular atmósferas de exoplanetas a temperaturas aún más altas: cerca de 3.000 grados Fahrenheit (1.600 grados Celsius).
"Ha sido un desafío continuo descubrir cómo diseñar y operar este sistema con éxito, ya que la mayoría de los componentes estándar, como el vidrio o el aluminio, se funden a estas temperaturas", dijo la investigadora científica de JPL Bryana Henderson, coautora del estudio. "Todavía estamos aprendiendo cómo ampliar estos límites mientras manejamos de manera segura estos procesos químicos en el laboratorio. Pero al final del día, los resultados emocionantes que surgen de estos experimentos valen todo el esfuerzo adicional".
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Calla Cofield
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