Muchos exoplanetas tienen atmósferas opacas, oscurecido por nubes o neblinas que dificultan a los astrónomos la caracterización de sus composiciones químicas. Un nuevo estudio muestra que las partículas de neblina producidas en diferentes condiciones tienen una amplia gama de propiedades que pueden determinar qué tan clara o nebulosa puede ser la atmósfera de un planeta.

Las reacciones fotoquímicas en las atmósferas de exoplanetas templados conducen a la formación de pequeñas partículas orgánicas de neblina. Grandes cantidades de estas neblinas fotoquímicas se forman en la atmósfera de la Tierra todos los días, sin embargo, nuestro planeta tiene cielos relativamente despejados. La razón tiene que ver con la facilidad con que las partículas de neblina se eliminan de la atmósfera mediante los procesos de deposición.

"No es solo la producción de neblina, sino también la eliminación de neblina lo que determina qué tan clara es la atmósfera, "dijo Xinting Yu, becario postdoctoral en UC Santa Cruz y autor principal del estudio, publicado el 12 de julio en Astronomía de la naturaleza .

Yu y sus colegas midieron las propiedades de las partículas de neblina producidas en el laboratorio en condiciones representativas de las atmósferas de exoplanetas. incluyendo una gama de composiciones de gas, temperaturas y fuentes de energía. Coautor Xi Zhang, profesor asistente de ciencias terrestres y planetarias en UC Santa Cruz, dijo que los experimentos de laboratorio como este son esenciales para comprender la formación de neblina y su impacto en las observaciones.

"No podemos traer muestras de neblina de exoplanetas, así que tenemos que intentar imitar las condiciones atmosféricas en el laboratorio, " él dijo.

Según Yu, La eliminación de la neblina depende de una propiedad material crítica de las partículas llamada energía superficial. "La energía superficial describe cuán cohesivo o 'pegajoso' es el material, " ella dijo.

Las partículas de neblina pegajosas se unen fácilmente entre sí cuando chocan, creciendo en partículas más grandes que caen de la atmósfera a la superficie del planeta (un proceso llamado deposición seca). También son buenos núcleos de condensación para las gotas de nubes y se eliminan fácilmente mediante deposición húmeda. Los hazes producidos en la Tierra suelen tener una alta energía superficial y, por lo tanto, son "pegajosos" y se eliminan de manera eficiente de la atmósfera.

Los experimentos de laboratorio de Yu muestran que las neblinas producidas en las atmósferas de exoplanetas son muy diversas, con propiedades que dependen de las condiciones en las que se produzcan.

"Algunos de ellos son similares a la neblina de la Tierra, tienen alta energía superficial, y son fáciles de quitar, conduciendo a cielos despejados, ", dijo." Pero algunos de ellos tienen una energía superficial muy baja, como una sartén antiadherente; no se unen muy bien con otras partículas y permanecen como pequeñas partículas suspendidas en la atmósfera durante mucho tiempo ".

El estudio encontró que un factor crítico es la temperatura a la que se crean las partículas de neblina. Los hazes producidos a alrededor de 400 Kelvin (260 ° F) tendían a tener las energías superficiales más bajas, conduciendo a una eliminación menos eficiente y atmósferas más turbias. Este hallazgo en realidad se corresponde con las tendencias observadas, Yu dijo, señalando que los exoplanetas a temperaturas de 400 a 500 K tienden a ser los más nublados.

Los planetas más fríos ubicados en las zonas habitables de sus estrellas anfitrionas tienen más probabilidades de tener atmósferas claras, ella dijo. "Puede que no tengamos que preocuparnos de que los exoplanetas habitables sean demasiado nebulosos para futuras observaciones, como las neblinas tienden a tener energías superficiales más altas a temperaturas más bajas, "Dijo Yu." Así que es fácil eliminar estas neblinas, dejando atmósferas relativamente claras ".

Los astrónomos esperan tener una poderosa herramienta para caracterizar atmósferas de exoplanetas con el próximo Telescopio Espacial James Webb (JWST). Cuando un exoplaneta transita por la cara de su estrella, su atmósfera filtra la luz de la estrella, dando a los astrónomos con un telescopio lo suficientemente sensible (como JWST) la oportunidad de identificar los componentes químicos de la atmósfera usando espectroscopía de transmisión.

Una atmósfera nebulosa interferiría con la espectroscopia de transmisión, pero las neblinas en sí pueden proporcionar información valiosa, según Zhang.

"Los hazes no carecen de rasgos distintivos, ", dijo." Con mejores telescopios, es posible que seamos capaces de caracterizar la composición de las neblinas de exoplanetas y comprender su química. Pero las observaciones serán muy difíciles de explicar sin datos de experimentos de laboratorio. Este estudio ha revelado la enorme diversidad de partículas de neblina, y comprender sus propiedades ópticas será una alta prioridad para futuros estudios ".