El telescopio Webb de la NASA revela un tipo de exoplaneta común pero misterioso
Aunque no orbitan alrededor de nuestro Sol, los subneptunos son el tipo más común de exoplaneta, o planeta fuera de nuestro sistema solar, observado en nuestra galaxia. Estos pequeños planetas gaseosos están envueltos en misterio... y, a menudo, en una gran neblina. Ahora, al observar el exoplaneta TOI-421 b, el Telescopio Espacial James Webb de la NASA ayuda a los científicos a comprender los subneptunos de una manera que no era posible antes de su lanzamiento.
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| Esta concepción artística muestra cómo podría lucir el exoplaneta subneptuniano caliente TOI-421 b. TOI-421 b orbita una estrella similar al Sol a aproximadamente 244 años luz de la Tierra, en la constelación de Lepus (la Liebre). El planeta se encuentra entre la Tierra y Neptuno en términos de tamaño, masa y densidad, y su estrella es ligeramente más pequeña y fría que el Sol. Sin embargo, debido a que orbita extremadamente cerca de la estrella (a tan solo 0,056 unidades astronómicas, o el 5,6 % de la distancia entre la Tierra y el Sol), es muy caliente. Las observaciones espectroscópicas de TOI-421 b, captadas por NIRISS (Cámara de Imágenes de Infrarrojo Cercano y Espectrógrafo sin Rendija) y NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) a bordo del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, muestran una sólida evidencia de agua (H₂O) y la posible presencia de dióxido de azufre (SO₂) y monóxido de carbono (CO) en la atmósfera rica en hidrógeno del planeta. A diferencia de los planetas subneptunianos más fríos, TOI-421 b parece tener una atmósfera despejada, sin nubes ni neblina. Esta concepción artística se basa en datos espectroscópicos recopilados por el Webb, así como en observaciones previas de otros telescopios terrestres y espaciales. El Webb no ha capturado ninguna imagen del planeta. Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI) |
“Llevaba toda mi carrera esperando la llegada del Webb para que pudiéramos caracterizar significativamente las atmósferas de estos planetas más pequeños”, declaró la investigadora principal Eliza Kempton, de la Universidad de Maryland, College Park. “Al estudiar sus atmósferas, estamos comprendiendo mejor cómo se formaron y evolucionaron los planetas subneptunianos, y parte de ello es comprender por qué no existen en nuestro sistema solar”.
Pequeño, fresco, envuelto en niebla
La existencia de subneptunos era inesperada antes de que el telescopio espacial Kepler de la NASA, retirado, los descubriera en la última década. Ahora, los astrónomos intentan comprender el origen de estos planetas y por qué son tan comunes.
Antes del Webb, los científicos tenían muy poca información sobre ellos. Si bien los subneptunos son varias veces más grandes que la Tierra, siguen siendo mucho más pequeños que los planetas gigantes gaseosos y, por lo general, más fríos que los Júpiter calientes , lo que dificulta mucho más su observación que la de sus homólogos gigantes gaseosos.
Un hallazgo clave previo al Webb fue que la mayoría de las atmósferas subneptunianas presentaban espectros de transmisión planos o sin rasgos distintivos . Esto significa que, al observar el espectro del planeta al pasar frente a su estrella anfitriona, en lugar de ver rasgos espectrales (las huellas químicas que revelarían la composición de la atmósfera), los científicos solo veían un espectro plano. A partir de todos estos espectros planos, los astrónomos concluyeron que al menos ciertos subneptunianos probablemente estaban muy oscurecidos por nubes o neblinas.
¿Un tipo diferente de subneptuno?
"¿Por qué observamos este planeta, TOI-421 b? Porque pensábamos que tal vez no tendría neblina", dijo Kempton. "Y la razón es que existían datos previos que sugerían que tal vez los planetas en cierto rango de temperatura estaban menos cubiertos de neblina o nubes que otros".
Ese umbral de temperatura es de aproximadamente 1070 grados Fahrenheit. Por debajo de ese valor, los científicos plantearon la hipótesis de que se produciría un complejo conjunto de reacciones fotoquímicas entre la luz solar y el gas metano, lo que desencadenaría la neblina. Sin embargo, los planetas más calientes no deberían tener metano y, por lo tanto, tal vez no deberían tener neblina.
La temperatura de TOI-421 b es de aproximadamente 1340 grados Fahrenheit, muy por encima del umbral estimado. Sin neblina ni nubes, los investigadores esperaban ver una atmósfera despejada, ¡y así fue!
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| Un espectro de transmisión captado por el Telescopio Espacial James Webb de la NASA revela la presencia de agua (H₂O) y la posible presencia de dióxido de azufre (SO₂) y monóxido de carbono (CO), pero no hay indicios de dióxido de carbono (CO₂) ni metano (CH₄), en la atmósfera del exoplaneta subneptuniano TOI-421 b . Las observaciones respaldan la hipótesis de que planetas con esta temperatura (TOI-421 b tiene una temperatura de aproximadamente 1340 °F) poseen atmósferas despejadas, sin nubes ni neblina. El espectro se elaboró midiendo la disminución del brillo aparente de diferentes longitudes de onda (colores) de la luz estelar a medida que el planeta transitaba, o se movía frente a la estrella. Durante un tránsito, algunas longitudes de onda de la luz estelar se transmiten a través de la atmósfera del planeta, mientras que otras quedan parcialmente bloqueadas. Dado que cada molécula absorbe una combinación única de longitudes de onda, el espectro de transmisión puede utilizarse para identificar gases en la atmósfera. Este espectro se creó combinando datos capturados en 2023 por el NIRISS (espectrógrafo de infrarrojo cercano y sin rendija) y el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) del Webb. Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI) |
Un hallazgo sorprendente
“Observamos características espectrales que atribuimos a diversos gases, lo que nos permitió determinar la composición de la atmósfera”, afirmó Brian Davenport, estudiante de doctorado de tercer año de la Universidad de Maryland, quien realizó el análisis principal de datos. “Mientras que en el caso de muchos otros subneptunos observados previamente, sabemos que sus atmósferas están compuestas de algo, pero están siendo bloqueadas por la neblina”.
El equipo encontró vapor de agua en la atmósfera del planeta, así como indicios preliminares de monóxido de carbono y dióxido de azufre. Además, no detectaron moléculas como el metano y el dióxido de carbono. A partir de los datos, también pudieron inferir que la atmósfera de TOI-421 b contiene una gran cantidad de hidrógeno.
La atmósfera ligera de hidrógeno fue la gran sorpresa para los investigadores. «Recientemente habíamos asimilado la idea de que los primeros subneptunos observados por el Webb tenían atmósferas de moléculas pesadas, así que esa era nuestra expectativa, y luego descubrimos lo contrario», dijo Kempton. Esto sugiere que TOI-421 b podría haberse formado y evolucionado de forma diferente a los subneptunos más fríos observados anteriormente.
¿Es TOI-421 b único?
La atmósfera, dominada por hidrógeno, también es interesante porque imita la composición de la estrella anfitriona de TOI-421 b. "Si simplemente se tomara el mismo gas que formó la estrella anfitriona, se colocara sobre la atmósfera de un planeta y se sometiera a la temperatura mucho más fría de este, se obtendría la misma combinación de gases. Este proceso es más acorde con los planetas gigantes de nuestro sistema solar y es diferente de otros subneptunos observados con el Webb hasta ahora", dijo Kempton.
Además de ser más caliente que otros subneptunos observados previamente con el Webb, TOI-421 b orbita una estrella similar al Sol. La mayoría de los demás subneptunos observados hasta ahora orbitan estrellas más pequeñas y frías llamadas enanas rojas.
¿Es TOI-421b un ejemplo emblemático de subneptunos calientes que orbitan estrellas similares al Sol, o se debe simplemente a la gran diversidad de exoplanetas? Para averiguarlo, los investigadores desean observar más subneptunos calientes y determinar si se trata de un caso único o de una tendencia más amplia. Esperan comprender mejor la formación y evolución de estos exoplanetas comunes.
“Hemos descubierto una nueva forma de observar estos subneptunos”, dijo Davenport. “Estos planetas de alta temperatura son susceptibles de caracterización. Por lo tanto, al observar subneptunos de esta temperatura, quizás tengamos más probabilidades de acelerar nuestro aprendizaje sobre estos planetas”.
Los hallazgos del equipo aparecen el 5 de mayo en The Astrophysical Journal Letters.
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. El Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, observando mundos distantes alrededor de otras estrellas e investigando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. El Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
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Créditos
Contacto con los medios
Instituto Científico del Telescopio Espacial Ann Jenkins , Baltimore
Instituto Científico del Telescopio Espacial Hannah Braun , Baltimore
Publicado en Webb el 5 de mayo del 2025, enlace publicación.
