Las olas de calor en la Tierra pueden ser incómodas e incluso peligrosas para algunos, pero nuestro planeta no tiene nada que ver con el mundo extremadamente caliente de WASP-76.
Los astrónomos han echado un vistazo más profundo a un exoplaneta donde las temperaturas se elevan a alrededor de 4350 grados Fahrenheit (2400 grados Celsius), lo suficientemente caliente como para vaporizar el hierro. En el proceso, el equipo identificó 11 elementos químicos en la atmósfera del planeta y midió su abundancia.
Es notable que algunos de los elementos formadores de rocas descubiertos en este distante planeta aún no hayan sido medidos en los gigantes gaseosos del sistema solar Saturno y Júpiter.
«Hay muy pocas ocasiones en las que un exoplaneta a cientos de años luz de distancia pueda enseñarnos algo que probablemente sea imposible saber sobre nuestro propio sistema solar», líder del equipo y de la Universidad de Montreal. Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas Doctor. Esteban Pelletier dijo en un comunicado. «Ese es el caso con este estudio».
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Ubicado a unos 634 años luz de distancia en la constelación de Piscis, el extraño planeta WASP-76 b obtiene sus increíbles temperaturas de su proximidad a su estrella madre. Clasificado como un «Júpiter sobrecalentado», un planeta masivo que se encuentra increíblemente cerca de su estrella, el exoplaneta está a una docena de la distancia de su estrella, WASP-76, desde Mercurio hasta el Sol.
Esto le da a WASP-76 b, que tarda 1,8 días terrestres en orbitar su estrella, algunas otras propiedades inusuales. Aunque el planeta contiene aproximadamente el 85% de la masa de Júpiter, tiene aproximadamente el doble del ancho del gigante gaseoso del sistema solar y aproximadamente seis veces su tamaño. Este es el resultado de la intensa radiación de su estrella «inflando» el planeta.
WASP-76 b ha sido objeto de un intenso estudio desde que se encontró como parte de Programa de búsqueda de planetas de gran angular (WASP) en 2013. Esto ha llevado a la clasificación de varios elementos en su atmósfera. Lo más notable fue el descubrimiento de 2020 de que el hierro se evaporó en el lado del planeta que está bloqueado por las mareas y enfrenta perpetuamente los golpes de su estrella hacia el «lado nocturno» relativamente más frío que siempre mira hacia el espacio y se condensa, cayendo como lluvia de hierro.
Estimulado por estas investigaciones previas de WASP-76 b, Pelletier se inspiró para obtener nuevas observaciones de WASP-76 b usando el espectrómetro óptico de alta resolución MAROON-X en el telescopio Gemini North de 8 metros en Hawai, parte del International Gemini Observatorio. Esto permitió al equipo estudiar la formación de Júpiter sobrecalentado con un detalle sin precedentes.
Debido a las impresionantes temperaturas de WASP-76 b, elementos que normalmente serían rocas en planetas terrestres como la Tierra, como el magnesio y el hierro, se evaporan y se evaporan como gases en la atmósfera superior del planeta.
Esto significa que estudiar este mundo podría dar a los astrónomos una visión sin igual de la presencia y abundancia de elementos formadores de rocas en las atmósferas de los planetas gigantes. Esto no es posible para planetas gigantes más fríos como Júpiter porque estos elementos residen en la parte baja de la atmósfera, lo que los hace imposibles de detectar.
Lo que Pelletier y sus colegas descubrieron mientras buscaban WASP-76 b es que la abundancia de elementos como manganeso, cromo, magnesio, vanadio, bario y calcio coincide no solo con la abundancia de estos elementos en su estrella respectiva, sino también con las cantidades. Encontrado en el sol.
La abundancia inicial visible no es aleatoria. Es el resultado del procesamiento de hidrógeno y helio por sucesivas generaciones de estrellas durante miles de millones de años. La estrella crea elementos más pesados hasta que agota su combustible para la fusión nuclear y muere en una explosión de supernova. Esta explosión libera estos elementos en el universo y se convierten en los componentes básicos de las estrellas posteriores, con el material restante que rodea a estas estrellas jóvenes como discos protoplanetarios que, como sugiere el nombre, pueden generar planetas. Esto significa que las estrellas de edades similares tienen composiciones similares con la misma abundancia de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, que los astrónomos llaman «metales».
Debido a que los planetas terrestres como el nuestro se forman a través de procesos más complejos, tienen diferentes abundancias de elementos pesados que sus estrellas. El hecho de que este nuevo estudio muestre que WASP-76 b tiene una composición similar a su estrella significa que su composición también es similar al disco protoplanetario de materia que colapsó en su nacimiento. Y esto puede ser cierto para todos los planetas gigantes.
Sin embargo, no todo lo que se ha descubierto sobre la formación de WASP-76 b ha sido tan predecible. El equipo descubrió que algunos elementos en la atmósfera de Wasp-76 b parecían estar «agotados».
«Estos elementos que parecen faltar en la atmósfera de WASP-76 b son precisamente aquellos que requieren temperaturas más altas para vaporizarse, como el titanio y el aluminio», dijo Pelletier. «Mientras tanto, aquellos que cumplieron con nuestras expectativas, como el manganeso, el vanadio y el calcio, se vaporizan a temperaturas ligeramente más bajas».
El equipo interpretó este agotamiento como una indicación de que la composición de la atmósfera superior del gigante gaseoso es sensible a la temperatura. Dependiendo de la temperatura a la que se condense un elemento, estará presente como gas en la atmósfera superior o se perderá al condensarse en líquido y hundirse en las capas inferiores. Desde la parte inferior de la atmósfera, el elemento no puede absorber la luz, lo que hace que su «huella digital» no aparezca en las observaciones.
«Si se confirma, este descubrimiento significa que dos exoplanetas gigantes que tienen temperaturas muy diferentes entre sí podrían tener dos atmósferas completamente diferentes», explicó Pelletier. «Una especie de cuenco de agua, uno a -1 ° C congelado, el otro líquido a +1 ° C. Por ejemplo, se ha observado calcio en WASP-76 b, pero es posible que no funcione en un planeta un poco más frío».
El equipo hizo otro descubrimiento importante sobre la atmósfera de WASP-76 b; Contiene un compuesto químico llamado óxido de vanadio. Esta es la primera vez que se ve este compuesto en la atmósfera de un planeta fuera del sistema solar. Este descubrimiento será de gran interés para los astrónomos porque el óxido de vanadio puede tener un impacto significativo en los planetas gigantes calientes.
«Esta molécula juega un papel similar al del ozono en la atmósfera de la Tierra: es muy eficaz para calentar la atmósfera superior», explicó Pelletier. «Esto hace que las temperaturas aumenten en función de la altitud, en lugar de disminuir como es típico en los planetas más fríos».
El equipo también encontró una mayor abundancia de níquel de lo esperado alrededor de WASP-76 b, lo que puede indicar que en algún momento de su historia el planeta gigante gaseoso se tragó una Tierra más pequeña, parecida a Mercurio, que era rica en el elemento.
Los astrónomos detrás de estos descubrimientos seguirán estudiando este exoplaneta y otros mundos similares, tratando de descubrir cómo afectan las temperaturas a la composición de sus atmósferas. Mientras lo hacen, el equipo dijo que espera que algunas de las cosas que aprendan puedan aplicarse a los planetas gigantes más cercanos a casa.
La investigación se describe en un artículo de investigación publicado el miércoles (14 de junio) en la revista naturaleza.
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