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jueves, noviembre 30, 2023
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Astrónomos escudriñan exoplaneta donde se ubica el infierno

WASP-76 b es un mundo extraño. Alcanza temperaturas extremas porque está muy cerca de su estrella madre, una estrella masiva a 634 años luz de distancia en la constelación de Piscis: aproximadamente 12 veces más cerca que Mercurio del Sol

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Un equipo internacional dirigido por Stefan Pelletier, Ph.D. estudiante del Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas de la Universidad de Montreal ha realizado un estudio detallado del exoplaneta gigante extremadamente caliente WASP-76 b.

Usando el instrumento MAROON-X en el telescopio Gemini-North, el equipo pudo identificar y medir la abundancia de 11 elementos químicos en la atmósfera del planeta.

Esos incluyen elementos formadores de rocas cuya abundancia ni siquiera se conoce en planetas gigantes del sistema solar como Júpiter o Saturno. El estudio del equipo se publica en la revista Nature.

“Verdaderamente raros son los momentos en que un exoplaneta a cientos de años luz de distancia puede enseñarnos algo que de otro modo probablemente sería imposible saber sobre nuestro propio sistema solar”, dijo Pelletier. “Este es el caso con este estudio”.

Un mundo grande, caliente y extraño

WASP-76 b es un mundo extraño. Alcanza temperaturas extremas porque está muy cerca de su estrella madre, una estrella masiva a 634 años luz de distancia en la constelación de Piscis: aproximadamente 12 veces más cerca que Mercurio del Sol. Con una masa similar a la de Júpiter, pero casi seis veces mayor en volumen, es bastante “hinchada”.

Desde su descubrimiento por parte del programa Wide Angle Search for Planets (WASP) en 2013, muchos equipos lo han estudiado e identificado varios elementos en su atmósfera. En particular, en un estudio también publicado en Nature en marzo de 2020, un equipo encontró una firma de hierro y planteó la hipótesis de que podría haber lluvia de hierro en el planeta.

Consciente de estos estudios, Pelletier se motivó a obtener nuevas observaciones independientes de WASP-76 b usando el espectrógrafo óptico de alta resolución MAROON-X en el telescopio de 8 metros Gemini-North en Hawai’i, parte del Observatorio Internacional Gemini. operado por NOIRLab de NSF.

El exoplaneta gigante ultracaliente WASP-76 b, representado aquí, es un mundo extremadamente caliente que orbita muy cerca de su estrella gigante. Crédito: Observatorio Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani

“Reconocimos que el nuevo y poderoso espectrógrafo MAROON-X nos permitiría estudiar la composición química de WASP-76 b con un nivel de detalle sin precedentes para cualquier planeta gigante”, dice el profesor de astronomía de la UdeM Björn Benneke, coautor del estudio y El doctorado de Stefan Pelletier. supervisora de investigacion

Una composición similar a la del Sol

Dentro del sol, las abundancias de casi todos los elementos de la tabla periódica se conocen con gran precisión. Sin embargo, en los planetas gigantes de nuestro sistema solar, eso es cierto solo para un puñado de elementos, cuyas composiciones siguen estando mal restringidas. Y esto ha dificultado la comprensión de los mecanismos que gobiernan la formación de estos planetas.

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Como está tan cerca de su estrella, WASP-76 b tiene una temperatura muy por encima de los 2000 °C. En estos grados, muchos elementos que normalmente formarían rocas aquí en la Tierra (como el magnesio y el hierro) se vaporizan y se presentan en forma gaseosa en la atmósfera superior. El estudio de este peculiar planeta permite una visión sin precedentes de la presencia y abundancia de elementos formadores de rocas en los planetas gigantes, ya que en planetas gigantes más fríos como Júpiter, estos elementos están más bajos en la atmósfera y son imposibles de detectar.

La abundancia de muchos elementos medidos por Pelletier y su equipo en la atmósfera del exoplaneta, como manganeso, cromo, magnesio, vanadio, bario y calcio, coincide muy de cerca con la de su estrella anfitriona y la de nuestro propio sol.

Estas abundancias no son aleatorias: son el producto directo del Big Bang, seguido de miles de millones de años de nucleosíntesis estelar, por lo que los científicos miden aproximadamente la misma composición en todas las estrellas. Sin embargo, es diferente de la composición de los planetas rocosos como la Tierra, que se forman de una manera más compleja.

Los resultados de este nuevo estudio indican que los planetas gigantes podrían mantener una composición general que refleje la del disco protoplanetario del que se formaron.

Agotamiento de otros elementos muy interesante
Sin embargo, otros elementos se agotaron en el planeta en comparación con la estrella, un resultado que Pelletier encontró particularmente interesante.

“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. “Mientras tanto, los que coincidieron con nuestras predicciones, como el manganeso, el vanadio o el calcio, se evaporan a temperaturas ligeramente más bajas”.

La interpretación del equipo de descubrimiento es que la composición observada de las atmósferas superiores de los planetas gigantes puede ser extremadamente sensible a la temperatura. Dependiendo de la temperatura de condensación de un elemento, estará en forma gaseosa y presente en la parte superior de la atmósfera, o se condensará en forma líquida donde se hundirá a capas más profundas. Cuando está en forma de gas, juega un papel importante en la absorción de la luz y puede verse en las observaciones de los astrónomos. Cuando se condensa, los astrónomos no pueden detectarlo y desaparece por completo de sus observaciones.

El telescopio Gemini-North, que se ve aquí, fue utilizado por Stefan Pelletier y sus colegas para evaluar la composición atmosférica del exoplaneta ultracaliente WASP-76 b. Crédito: Observatorio Internacional Gemini / NOIRLab / NSF / AURA /P.Horálek (Instituto de Física en Opava).

“Si se confirma, este hallazgo significaría que dos exoplanetas gigantes que tienen temperaturas ligeramente diferentes entre sí podrían tener atmósferas muy diferentes”, dijo Pelletier. “Algo así como dos ollas de agua, una a -1 °C que está congelada y otra que está a +1 °C que es líquida. Por ejemplo, se observa calcio en WASP-76 b, pero puede que no esté en un planeta un poco más frío”.

Primera detección de óxido de vanadio

Otro hallazgo interesante del equipo de Pelletier es la detección de una molécula llamada óxido de vanadio. Esta es la primera vez que se detecta sin ambigüedades en un exoplaneta, y es de gran interés para los astrónomos porque saben que puede tener un gran impacto en los planetas gigantes calientes.

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“Esta molécula juega un papel similar al del ozono en la atmósfera terrestre: es extremadamente eficiente para calentar la atmósfera superior”, explicó Pelletier. “Esto hace que las temperaturas aumenten en función de la altitud, en lugar de disminuir, como suele ocurrir en los planetas más fríos”.

Un elemento, el níquel, es claramente más abundante en la atmósfera del exoplaneta de lo que esperaban los astrónomos. Muchas hipótesis podrían explicar eso; una es que WASP-76 b podría haber acumulado material de un planeta similar a Mercurio. En nuestro sistema solar, el pequeño planeta rocoso está enriquecido con metales como el níquel debido a cómo se formó.

El equipo de Pelletier también descubrió que la asimetría en la absorción de hierro entre los hemisferios este y oeste de WASP-76 b informada en estudios anteriores está presente de manera similar para muchos otros elementos. Esto significa que el fenómeno subyacente que causa esto es probablemente un proceso global, como una diferencia de temperatura o la presencia de nubes en un lado del planeta pero no en el otro, en lugar de ser el resultado de la condensación en forma líquida como se sugirió anteriormente.

Confirmar y aprovechar las lecciones aprendidas

Pelletier y su equipo están muy interesados en aprender más sobre este exoplaneta y otros planetas gigantes ultracalientes, en parte para confirmar su hipótesis sobre las atmósferas muy diferentes que podrían prevalecer en planetas que difieren ligeramente en temperatura.

También esperan que otros investigadores aprovechen lo que aprendieron de este exoplaneta gigante y lo apliquen para mejorar nuestra comprensión de los planetas de nuestro propio sistema solar y cómo llegaron a existir.

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“Generaciones de investigadores han utilizado las abundancias medidas de hidrógeno y helio de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno para comparar las teorías de formación de planetas gaseosos”, dijo Benneke. “Del mismo modo, las mediciones de elementos más pesados como el calcio o el magnesio en WASP-76 b ayudarán a comprender mejor la formación de planetas gaseosos.

“Óxido de vanadio y un fuerte inicio de atrapamiento en frío en un exoplaneta gigante”, se publicó el 14 de junio de 2023 en Nature.

Con información de Nature

SourceSKYCR.ORG
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Skycr_editorhttps://hdavila.com/
Homer Dávila. Máster en geología. Miembro de la International Meteor Organization. Astronomía, radioastronomía, cosmología y ciencia planetaria.
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