Webb resuelve el misterio de un planeta que no debía existir
WASP-107 b es un gigante gaseoso que tiene una atmósfera tan hinchada y poco densa que no debería existir. Sin embargo, existe, y ahora gracias a los instrumentos del telescopio espacial Webb sabemos por qué.
Interpretación artística del exoplaneta gigante gaseoso caliente WASP-107 b. Crédito: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI).
Con más de tres cuartas partes del volumen de Júpiter pero menos de una décima parte de su masa, el exoplaneta WASP-107 b, conocido como «Neptuno caliente», es uno de los planetas menos densos conocidos. Aunque los planetas hinchados no son raros, la mayoría son más calientes y más masivos, por lo tanto, más fáciles de explicar.
«Basándonos en su radio, masa y edad, pensábamos que WASP-107 b tenía un núcleo rocoso muy pequeño rodeado por una gran cantidad de hidrógeno y helio», explicó Luis Welbanks de la Universidad Estatal de Arizona (ASU), autor principal de un artículo publicado hoy en Nature. «Pero era difícil entender cómo un núcleo tan pequeño podría acumular tanto gas y luego detenerse antes de convertirse completamente en un planeta de masa similar a Júpiter».
Si este mundo tuviera más masa en su núcleo, la atmósfera debería haberse contraído a medida que el planeta se enfriaba desde su formación. Sin una fuente de calor que reexpanda el gas, el planeta debería ser mucho más pequeño. Aunque WASP-107 b tiene una distancia orbital de solo 8 millones de kilómetros (una séptima parte de la distancia entre Mercurio y el Sol), no recibe suficiente energía de su estrella para estar tan inflado.
«WASP-107 b es un objetivo interesante para el telescopio Webb porque es significativamente más frío y más similar a Neptuno en masa que muchos de los otros planetas de baja densidad, los “Júpiteres calientes”, que hemos estado estudiando», comentó David Sing de la Universidad Johns Hopkins (JHU), autor principal de un estudio paralelo también publicado en Nature. «Como resultado, deberíamos poder detectar metano y otras moléculas que pueden darnos información sobre su química y dinámica interna que no podemos obtener de un planeta más caliente».
Moléculas previamente indetectables
El gran radio de WASP-107 b, su atmósfera extendida y su órbita de canto lo hacen ideal para la espectroscopía de transmisión, un método utilizado para identificar los diversos gases en la atmósfera de un exoplaneta basándose en cómo afectan la luz estelar.
Combinando observaciones de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del telescopio Webb, y la cámara de campo amplio 3 (WFC3) del Hubble, el equipo de Welbanks pudo construir un amplio espectro de luz de 0.8 a 12.2 micrones absorbida por la atmósfera de WASP-107 b. Utilizando el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) del Webb, el equipo de Sing construyó un espectro independiente que cubre de 2.7 a 5.2 micrones.
Espectro de transmisión de WASP-107 b (NIRSpec).
La precisión extraordinaria de los datos permite no solo detectar, sino medir las abundancias de una gran cantidad de moléculas, incluyendo vapor de agua (H2O), metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2) y amoníaco (NH3).
«Con la espectroscopía de NIRSpec del Webb obtenemos una visión directa de la química de WASP-107 b», dijo Stephan Birkmann de la Agencia Espacial Europea y el investigador principal de las observaciones de NIRSpec del estudio. «La espectroscopía de NIRSpec nos permite sondear la composición atmosférica del planeta y complementa perfectamente las observaciones de MIRI y NIRCam».
Gas agitado, interior caliente y núcleo masivo
Ambos espectros muestran una sorprendente falta de metano en la atmósfera de WASP-107 b: una milésima parte de la cantidad esperada según su temperatura asumida.
«Esto es evidencia de que el gas caliente del interior profundo del planeta debe estar mezclándose vigorosamente con las capas más frías superiores», explicó Sing. «El metano es inestable a altas temperaturas. El hecho de que detectáramos tan poco, a pesar de haber detectado otras moléculas que contienen carbono, nos dice que el interior del planeta debe ser significativamente más caliente de lo que pensábamos».
Espectro de transmisión de WASP-107 b (Hubble WFC3, Webb NIRCam y Webb MIRI).
Una fuente probable de la energía interna extra de WASP-107 b es el calentamiento por mareas causado por su órbita ligeramente elíptica. Con la distancia entre la estrella y el planeta cambiando continuamente durante su órbita de 5.7 días, la fuerza gravitacional también cambia, estirando el planeta y calentándolo.
Investigadores habían propuesto anteriormente que el calentamiento por mareas podría ser la causa de la hinchazón, pero hasta que se obtuvieron los resultados del Webb, no había evidencia.
Una vez que establecieron que el planeta tiene suficiente calor interno para agitar completamente la atmósfera, los equipos se dieron cuenta de que los espectros también podrían proporcionar una nueva forma de estimar el tamaño del núcleo.
«Si sabemos cuánta energía hay en el planeta y sabemos qué proporción del planeta está compuesta de elementos más pesados como carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre, en comparación con cuánto hay de hidrógeno y helio, podemos calcular cuánta masa debe estar en el núcleo», precisó Daniel Thorngren de la JHU.
Resulta que el núcleo es al menos dos veces más masivo de lo estimado originalmente, lo que tiene más sentido en términos de cómo se forman los planetas.
En conjunto, resulta que WASP-107 b no es tan misterioso como parecía.
«Los datos del Webb nos dicen que los planetas como WASP-107 b no tuvieron que formarse de una manera extraña con un núcleo súper pequeño y una enorme envoltura gaseosa. En cambio, podemos tomar algo más parecido a Neptuno, con mucho roca y no tanto gas, aumentar la temperatura y hacerlo hincharse para que se vea como lo hace», concluyó Mike Line de ASU.
Fuente: ESA/Webb. Edición: MP.
