Aunque no orbitan alrededor de nuestro Sol, los subneptunos son el tipo más común de exoplaneta, o planeta fuera de nuestro sistema solar, que se ha 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.
“He estado esperando toda mi carrera a Webb para que pudiéramos caracterizar significativamente las atmósferas de estos planetas más pequeños”, dijo 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 subneptunos, y parte de eso es entender por qué no existen en nuestro sistema solar”.
Pequeños, fríos, envueltos en neblina
La existencia de subneptunos era inesperada antes de que fueran descubiertos por el telescopio espacial Kepler de la NASA, retirado, 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 los hace mucho más difíciles de observar que sus homólogos gigantes gaseosos.
Un hallazgo clave antes del Webb fue que la mayoría de las atmósferas subneptunianas presentaban espectros de transmisión planos o sin rasgos distintivos. Esto significa que, cuando los científicos observaban 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), solo veían un espectro plano. A partir de todos estos espectros de líneas planas, los astrónomos concluyeron que al menos ciertos subneptunos probablemente estaban muy oscurecidos por nubes o neblinas.
Imagen B: Espectro de TOI-421 b
¿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 los planetas con un rango de temperatura determinado estaban menos cubiertos de neblina o nubes que otros”.
Ese umbral de temperatura es de aproximadamente 570 grados Celsius. 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. Pero 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 710 grados Celsius, muy por encima del umbral estimado. Sin neblina ni nubes, los investigadores esperaban observar una atmósfera despejada, ¡y así fue!
Un hallazgo sorprendente
“Observamos características espectrales que atribuimos a varios 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 los datos. “Mientras que con muchos de los 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. También hay moléculas que no detectaron, como el metano y el dióxido de carbono. A partir de los datos, también pueden inferir que hay una gran cantidad de hidrógeno en la atmósfera de TOI-421 b.
La atmósfera de hidrógeno ligero fue la gran sorpresa para los investigadores. “Recientemente nos habíamos hecho a la idea de que esos primeros subneptunos observados por el Webb tenían atmósferas de moléculas pesadas, así que esa era nuestra expectativa, y luego descubrimos lo contrario”, explicó Kempton. Esto sugiere que TOI-421 b podría haberse formado y evolucionado de forma diferente a los subneptunos más fríos observados previamente.
¿Es TOI-421 b único?
Su 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 hasta ahora con el Webb”, afirmó 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 símbolo 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 para 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”, afirmó Davenport. “Estos planetas de alta temperatura son susceptibles de caracterización. Por lo tanto, al observar subneptunos de esta temperatura, es posible que aceleremos nuestro aprendizaje sobre estos planetas”.
Los hallazgos del equipo se publicaron el 5 de mayo en The Astrophysical Journal Letters.
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, explora mundos distantes alrededor de otras estrellas e investiga las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
Para obtener más información en Inglés sobre Webb, visite https://science.nasa.gov/webb
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA