El hallazgo informa a los científicos sobre la variedad de materiales que dan forma a los entornos planetarios, según los datos del instrumento MIRI, que el JPL gestionó durante su lanzamiento.
Investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han detectado evidencia de nanocristales de cuarzo en las nubes de gran altitud de WASP-17 b, un exoplaneta caliente de Júpiter a 1.300 años luz de la Tierra. La detección, que fue posible únicamente con el MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) de Webb, marca la primera vez que se detectan partículas de sílice (SiO2) en la atmósfera de un exoplaneta.
“¡Estábamos emocionados!” dijo David Grant, investigador de la Universidad de Bristol en el Reino Unido y primer autor de un artículo que se publica hoy en Astrophysical Journal Letters. “Sabíamos por las observaciones del Hubble que debía haber aerosoles (partículas diminutas que forman nubes o neblina) en la atmósfera de WASP-17 b, pero no esperábamos que estuvieran hechos de cuarzo”.
Los silicatos (minerales ricos en silicio y oxígeno) constituyen la mayor parte de la Tierra y la Luna, así como de otros objetos rocosos de nuestro sistema solar, y son extremadamente comunes en toda la galaxia. Pero los granos de silicato detectados previamente en las atmósferas de exoplanetas y enanas marrones parecen estar hechos de silicatos ricos en magnesio como el olivino y el piroxeno, no solo de cuarzo, que es SiO2 puro.
El resultado de este equipo, que también incluye investigadores del Centro de Investigación Ames de la NASA y del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, da un nuevo giro a nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan las nubes de exoplanetas. “Esperábamos ver silicatos de magnesio”, dijo la coautora Hannah Wakeford, también de la Universidad de Bristol. “Pero lo que estamos viendo en cambio son probablemente los componentes básicos de ellos, las diminutas partículas ‘semillas’ necesarias para formar los granos de silicato más grandes que detectamos en exoplanetas más fríos y enanas marrones”.
Detectar variaciones sutiles
Con un volumen más de siete veces el de Júpiter y una masa inferior a la mitad de Júpiter, WASP-17 b es uno de los exoplanetas más grandes e hinchados conocidos. Esto, junto con su corto período orbital de sólo 3,7 días terrestres, hace que el planeta sea ideal para la espectroscopia de transmisión: una técnica que implica medir los efectos de filtrado y dispersión de la atmósfera de un planeta en la luz de las estrellas.
Webb observó el sistema WASP-17 durante casi 10 horas, recopilando más de 1.275 mediciones de brillo de luz infrarroja media de 5 a 12 micrones mientras el planeta cruzaba su estrella. Al restar el brillo de las longitudes de onda de luz individuales que alcanzaron el telescopio cuando el planeta estaba frente a la estrella de los de la estrella sola, el equipo pudo calcular la cantidad de cada longitud de onda bloqueada por la atmósfera del planeta.
Lo que surgió fue un inesperado “protuberancia” de 8,6 micrones, una característica que no se esperaría si las nubes estuvieran hechas de silicatos de magnesio u otros posibles aerosoles de alta temperatura como el óxido de aluminio, pero que tiene mucho sentido si están hechas de cuarzo.
Cristales, nubes y vientos
Si bien estos cristales probablemente tengan una forma similar a los prismas hexagonales puntiagudos que se encuentran en las geodas y tiendas de gemas de la Tierra, cada uno tiene sólo unos 10 nanómetros de ancho, una millonésima parte de 1 centímetro.
“Los datos del Hubble en realidad desempeñaron un papel clave a la hora de limitar el tamaño de estas partículas”, explicó el coautor Nikole Lewis de la Universidad de Cornell, que dirige el programa Webb Guaranteed Time Observation (GTO), diseñado para ayudar a construir una vista tridimensional de una atmósfera de un Jupiter caliente. “Sabemos que hay sílice solo a partir de los datos MIRI de Webb, pero necesitábamos las observaciones visibles e infrarrojas cercanas del Hubble como contexto, para determinar qué tan grandes son los cristales”.
A diferencia de las partículas minerales que se encuentran en las nubes de la Tierra, los cristales de cuarzo detectados en las nubes de WASP-17 b no son arrastrados desde una superficie rocosa. Más bien, se originan en la atmósfera misma. “WASP-17 b es extremadamente caliente (alrededor de 1.500 grados Celsius (2.700 grados Fahrenheit)) y la presión donde se forma en lo alto de la atmósfera es sólo aproximadamente una milésima parte de la que experimentamos en la superficie de la Tierra”, explicó Grant. “En estas condiciones, los cristales sólidos se pueden formar directamente a partir del gas, sin pasar primero por una fase líquida”.
Comprender de qué están hechas las nubes es crucial para comprender el planeta en su conjunto. Los Júpiter calientes como WASP-17 b están formados principalmente de hidrógeno y helio, con pequeñas cantidades de otros gases como vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). “Si sólo consideramos el oxígeno que hay en estos gases y no incluimos todo el oxígeno encerrado en minerales como el cuarzo (SiO2), subestimaremos significativamente la abundancia total”, explicó Wakeford. “Estos hermosos cristales de sílice nos hablan sobre el inventario de diferentes materiales y cómo se unen para dar forma al medio ambiente de este planeta”.
Es difícil determinar exactamente cuánto cuarzo hay y qué tan penetrantes son las nubes. “Es probable que las nubes estén presentes a lo largo de la transición día/noche (el terminador), que es la región que nuestras observaciones exploran”, dijo Grant. Dado que el planeta está bloqueado por mareas con un lado diurno muy caluroso y un lado nocturno más frío, es probable que las nubes circulen alrededor del planeta pero se vaporicen cuando lleguen al lado diurno más cálido. “Los vientos podrían estar moviendo estas diminutas partículas vidriosas a miles de kilómetros por hora”.
WASP-17 b es uno de los tres planetas objetivo de las investigaciones de Reconocimiento Profundo de Atmósferas de Exoplanetas del Equipo Científico del Telescopio JWST mediante Espectroscopía de Instrumentos Múltiples (DREAMS), que están diseñadas para recopilar un conjunto completo de observaciones de un representante de cada clase clave de exoplanetas. : un Júpiter caliente, un Neptuno cálido y un planeta rocoso templado. Las observaciones MIRI del caliente Júpiter WASP-17 b se realizaron como parte del programa GTO 1353.
Más sobre la misión
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y explorando 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 Agencia Espacial Canadiense.
MIRI se desarrolló a través de una asociación 50-50 entre la NASA y la ESA. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California encabezó los esfuerzos estadounidenses para MIRI, y un consorcio multinacional de institutos astronómicos europeos contribuye a la ESA. George Rieke de la Universidad de Arizona es el líder del equipo científico de MIRI. Gillian Wright es la investigadora principal europea de MIRI.
El desarrollo del crioenfriador MIRI fue dirigido y gestionado por el JPL, en colaboración con Northrop Grumman en Redondo Beach, California, y el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
Para obtener más información sobre Webb, visita https://webbtelescope.org/home
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech