Estas vistas simuladas del Júpiter ultracaliente WASP-121b muestran cómo podría verse el planeta para el ojo humano desde cinco puntos de vista diferentes, cada uno iluminado en diferentes grados por su estrella madre. Las imágenes se hicieron con una simulación por computadora que se utiliza para ayudar a los científicos a comprender las atmósferas de estos planetas. Los Júpiter ultracalientes casi no reflejan luz, muy parecido al carbón. Sin embargo, sus lados del día tienen temperaturas de entre 3, 600 F y 5, 400 F, por eso producen su propio resplandor como una brasa ardiente. El color naranja en esta imagen simulada proviene del propio calor del planeta. Crédito:NASA / JPL-Caltech / Vivien Parmentier / Universidad Aix-Marseille (AMU)
Las observaciones recientes de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA de planetas ultracalientes similares a Júpiter han dejado perplejos a los teóricos. Los espectros de estos planetas han sugerido que tienen composiciones exóticas e improbables.
Sin embargo, un nuevo estudio recién publicado por un equipo de investigación que incluye al astrofísico Michael Line de la Universidad Estatal de Arizona, profesor asistente en la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU, propone una explicación:que estos planetas ricos en gas tienen composiciones que son básicamente normales, siguiendo lo que se sabe sobre la formación de planetas. Lo diferente de ellos es que las atmósferas en sus lados del día se parecen más a la atmósfera de una estrella que a la de un planeta.
"La interpretación de los espectros del más caliente de estos planetas similares a Júpiter ha planteado un enigma espinoso para los investigadores durante años, "Dijo Line.
El mayor enigma es por qué parece que falta vapor de agua en las atmósferas de estos mundos, cuando es abundante en planetas similares pero ligeramente más fríos.
Según el nuevo estudio, De hecho, los Júpiter ultracalientes poseen los ingredientes del agua (átomos de hidrógeno y oxígeno). Pero debido a la fuerte radiación en los lados diurnos del planeta, las temperaturas allí son lo suficientemente altas como para que las moléculas de agua se rompan por completo.
Con Júpiter ultracalientes orbitando muy cerca de sus estrellas, un lado del planeta mira a la estrella perpetuamente, mientras que el lado de la noche está atrapado por una oscuridad sin fin.
Las temperaturas diurnas alcanzan entre 3, 600 a 5, 400 grados Fahrenheit (2, 000 a 3, 000 grados Celsius), clasificando a los Júpiter ultracalientes entre los exoplanetas más calientes conocidos. Y las temperaturas nocturnas son alrededor de 1, 800 grados Fahrenheit más fresco.
Híbridos estrella-planeta
Entre el creciente catálogo de planetas fuera de nuestro sistema solar, conocidos como exoplanetas, los Júpiter ultracalientes se han destacado como una clase distinta durante aproximadamente una década.
"Los lados diurnos de estos mundos son hornos que se parecen más a una atmósfera estelar que a una atmósfera planetaria, "dijo Vivien Parmentier, astrofísico de la Universidad de Aix Marseille en Francia y autor principal del nuevo estudio publicado en Astronomía y Astrofísica . "De este modo, los Júpiter ultracalientes extienden el aspecto que creemos que deberían tener los planetas ".
Si bien los telescopios como Spitzer y Hubble pueden recopilar información sobre los lados diurnos de los Júpiter ultracalientes, sus lados nocturnos son difíciles de sondear por los instrumentos actuales.
Los exoplanetas similares a Júpiter son 99 por ciento de hidrógeno molecular y helio con cantidades más pequeñas de agua y otras moléculas. Pero lo que muestran sus espectros depende en gran medida de la temperatura. Los planetas cálidos a calientes forman nubes de minerales, mientras que los planetas más calientes producen moléculas de óxido de titanio que absorben la luz de las estrellas. Sin embargo, para comprender los espectros ultracalientes de Júpiter, el equipo de investigación tuvo que recurrir a procesos que se encuentran más comúnmente en las estrellas. Crédito:Michael Line / ASU
El nuevo artículo propone un modelo de lo que podría estar sucediendo tanto en el lado iluminado como en el oscuro de estos planetas. El modelo se basa principalmente en observaciones y análisis de tres estudios publicados recientemente, coautor de Parmentier, Línea, y otros, que se centran en tres Júpiter ultracalientes, WASP-103b, WASP-18b, y HAT-P-7b.
El nuevo estudio sugiere que los vientos feroces impulsados por el calentamiento pueden soplar las moléculas de agua desgarradas hacia los hemisferios nocturnos más fríos de los planetas. Allí, los átomos pueden recombinarse en moléculas y condensarse en nubes, todo antes de regresar al lado diurno para ser destrozado de nuevo.
¿Parecido familiar?
Los Júpiter calientes fueron el primer tipo de exoplaneta ampliamente descubierto, comenzando a mediados de la década de 1990. Estos son primos más fríos de los Júpiter ultracalientes, con temperaturas del lado del día por debajo de 3, 600 grados Fahrenheit (2, 000 grados Celsius).
El agua ha demostrado ser común en sus atmósferas, y así, cuando comenzaron a encontrarse Júpiter ultracalientes, los astrónomos esperaban que también mostraran agua en sus atmósferas. Pero resultó que faltaba agua en sus lados fáciles de observar, que hizo que los teóricos buscaran alternativas, incluso exótico, composiciones.
Una hipótesis de por qué el agua parecía ausente en los Júpiter ultracalientes ha sido que estos planetas deben haberse formado con niveles muy altos de carbono en lugar de oxígeno. Sin embargo, esta idea no podía explicar los rastros de agua que a veces se detectan en el límite entre el lado del día y el lado de la noche.
Para romper el atasco, el equipo de investigación siguió el ejemplo de modelos físicos bien establecidos de atmósferas estelares, así como "estrellas fallidas, "conocidas como enanas marrones, cuyas propiedades se superponen algo con los Júpiter calientes y ultracalientes.
"Insatisfecho con las composiciones extremas, pensamos más en el problema, "Dijo Line." Entonces nos dimos cuenta de que a muchas interpretaciones anteriores les faltaba algo de física y química clave que ocurre a estas temperaturas ultracalientes ".
El equipo adaptó un modelo de enana marrón desarrollado por Mark Marley, uno de los coautores del artículo y científico investigador del Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California, al caso de los Júpiter ultracalientes. Tratar las atmósferas de Júpiters ultracalientes más como estrellas en llamas que como planetas convencionalmente más fríos ofreció una forma de dar sentido a las observaciones de Spitzer y Hubble.
"Con estos estudios, estamos aportando algunos de los conocimientos centenarios adquiridos al estudiar la astrofísica de las estrellas, al nuevo campo de la investigación de atmósferas exoplanetarias, "Dijo Parmentier.
"Nuestro papel en esta investigación ha sido tomar los espectros observados de estos planetas y modelar su física cuidadosamente, ", Dijo Line." Esto nos mostró cómo producir los espectros observados utilizando gases que tienen más probabilidades de estar presentes en las condiciones extremas. Estos planetas no necesitan composiciones exóticas o caminos inusuales para hacerlos ".
