Científicos que utilizan el Telescopio Espacial James Webb de la NASA han observado un tipo raro de exoplaneta, o planeta fuera de nuestro sistema solar, cuya composición atmosférica desafía nuestra comprensión de cómo se formó.
Oficialmente llamado PSR J2322-2650b, este objeto con la masa de Júpiter parece tener una atmósfera exótica, dominada por helio y carbono, como nunca antes se había visto. Es probable que nubes de hollín floten en el aire, y en las profundidades del planeta, estas nubes de carbono pueden condensarse y formar diamantes. La formación del planeta es un misterio. El artículo aparece en The Astrophysical Journal Letters.
«Fue una sorpresa absoluta», declaró Peter Gao, coautor del estudio, del Laboratorio Carnegie de la Tierra y los Planetas en Washington. «Recuerdo que, después de obtener los datos, nuestra reacción colectiva fue: ‘¿Qué demonios es esto?’. Es extremadamente diferente de lo que esperábamos».
Se sabía que este objeto con la masa de un planeta orbitaba un púlsar, una estrella de neutrones que gira rápidamente. Un púlsar emite rayos de radiación electromagnética a intervalos regulares que suelen variar entre milisegundos y segundos. Estos rayos pulsantes solo pueden verse cuando apuntan directamente hacia la Tierra, de forma similar a los rayos de un faro.
Se espera que este púlsar de milisegundos emita principalmente rayos gamma y otras partículas de alta energía, invisibles para la visión infrarroja del telescopio Webb. Sin una estrella brillante de por medio, los científicos pueden estudiar el planeta con gran detalle a lo largo de toda su órbita.
Ventajas observacionales únicas del sistema
«Este sistema es único porque podemos ver el planeta iluminado por su estrella anfitriona, pero no verla en absoluto», afirmó Maya Beleznay, candidata a doctorado de tercer año en la Universidad de Stanford, California, quien trabajó en el modelado de la forma del planeta y la geometría de su órbita. «Así, obtenemos un espectro realmente prístino. Y podemos estudiar este sistema con más detalle que los exoplanetas normales».
«El planeta orbita una estrella completamente extraña: tiene la masa del Sol, pero el tamaño de una ciudad», explicó Michael Zhang, investigador principal de este estudio, de la Universidad de Chicago.
Este es un nuevo tipo de atmósfera planetaria que nadie había visto antes. En lugar de encontrar las moléculas normales que esperamos ver en un exoplaneta —como agua, metano y dióxido de carbono—, vimos carbono molecular, específicamente C3 y C2.
El carbono molecular es muy inusual porque, a estas temperaturas, si hay otros tipos de átomos en la atmósfera, el carbono se unirá a ellos. (Las temperaturas en el planeta oscilan entre 1200 grados Fahrenheit en los puntos más fríos del lado nocturno y 3700 grados Fahrenheit en los puntos más calientes del lado diurno). El carbono molecular solo predomina si casi no hay oxígeno ni nitrógeno.
De los aproximadamente 150 planetas que los astrónomos han estudiado dentro y fuera del sistema solar, ningún otro posee carbono molecular detectable.
Órbita extrema y sistema de viuda negra
PSR J2322-2650b se encuentra extraordinariamente cerca de su estrella, a tan solo 1 millón de millas de distancia. En contraste, la distancia de la Tierra al Sol es de aproximadamente 100 millones de millas. Debido a su órbita extremadamente estrecha, el año completo del exoplaneta —el tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor de su estrella— es de tan solo 7,8 horas. Las fuerzas gravitacionales del púlsar, mucho más pesado, están arrastrando al planeta, con una masa similar a la de Júpiter, hasta adoptar una extraña forma de limón.
Juntos, la estrella y el exoplaneta podrían considerarse un sistema de «viuda negra», aunque no es un ejemplo típico. Los sistemas de viuda negra son un tipo inusual de sistema doble en el que un púlsar que gira rápidamente se empareja con una estrella compañera pequeña y de baja masa.
En el pasado, el material de la estrella compañera fluía hacia el púlsar, lo que provocaba que este girara más rápido con el tiempo, lo que generaba un fuerte viento. Ese viento y la radiación bombardeaban y evaporaban a la estrella compañera, más pequeña y menos masiva. Al igual que la araña que le da nombre, el púlsar consumía lentamente a su desafortunada estrella compañera.
Pero en este caso, la estrella compañera se considera oficialmente un exoplaneta, no una estrella. La Unión Astronómica Internacional define un exoplaneta como un cuerpo celeste con una masa inferior a 13 veces la de Júpiter que orbita una estrella, una enana marrón o un remanente estelar, como un púlsar.
Misterios de la formación e investigación futura
De los 6000 exoplanetas conocidos, este es el único que recuerda a un gigante gaseoso (con masa, radio y temperatura similares a los de un Júpiter caliente) orbitando un púlsar. Solo se sabe que un puñado de púlsares tienen planetas.
«¿Se formó este planeta como un planeta normal? No, porque la composición es completamente diferente», dijo Zhang. «¿Se formó despojando la superficie de una estrella, como se forman los sistemas viuda negra ‘normales’? Probablemente no, porque la física nuclear no produce carbono puro. Es muy difícil imaginar cómo se obtiene esta composición extremadamente rica en carbono. Parece descartar cualquier mecanismo de formación conocido».
El coautor del estudio, Roger Romani, de la Universidad de Stanford y del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología, propone un fenómeno evocador que podría ocurrir en esta atmósfera única.
«A medida que el planeta compañero se enfría, la mezcla de carbono y oxígeno en su interior comienza a cristalizar», dijo Romani. Los cristales de carbono puro flotan en la superficie y se mezclan con el helio, y eso es lo que vemos. Pero entonces algo tiene que ocurrir para mantener alejados el oxígeno y el nitrógeno. Y ahí es donde radica el misterio.
«Pero es bueno no saberlo todo», dijo Romani. «Tengo muchas ganas de aprender más sobre las rarezas de esta atmósfera. Es fantástico tener un enigma que resolver».
Con su visión infrarroja y su exquisita sensibilidad, este es un descubrimiento que solo el telescopio Webb podría lograr. Su ubicación a un millón de millas de la Tierra y su enorme parasol mantienen los instrumentos a temperaturas muy bajas, lo cual es necesario para estas observaciones. No es posible realizar este estudio desde la Tierra.
Con información de The Astrophysical Journal Letters
