El Telescopio Espacial James Webb cartografía el clima de un planeta a 280 años luz de distancia

Según la NASA en Español, las mediciones precisas del exoplaneta gigante gaseoso caliente WASP-43 b del brillo sobre un amplio espectro de luz de infrarrojo medio, combinadas con modelos climáticos en 3D y observaciones previas de otros telescopios, sugieren la presencia de nubes gruesas y altas que cubren el lado nocturno, cielos despejados en el lado diurno y vientos ecuatoriales de más de 8.000 kilómetros por hora mezclando los gases atmosféricos alrededor del planeta.

La investigación es sólo la última demostración de la ciencia de exoplanetas ahora posible con la extraordinaria capacidad de Webb para medir variaciones de temperatura y detectar gases atmosféricos a trillones de kilómetros de distancia.

"Júpiter Caliente" bloqueado por mareas

WASP-43 b es un tipo de exoplaneta "Júpiter caliente": similar en tamaño a Júpiter, compuesto principalmente de hidrógeno y helio, y mucho más caliente que cualquiera de los planetas gigantes en nuestro propio sistema solar. Aunque su estrella es más pequeña y más fría que el Sol, WASP-43 b orbita a una distancia de solo 2,09 millones de kilómetros, menos de 1/25 de la distancia entre Mercurio y el Sol.

Con una órbita tan ajustada, el planeta está bloqueado por mareas, con un lado continuamente iluminado y el otro en oscuridad permanente. Aunque el lado nocturno nunca recibe radiación directa de la estrella, los fuertes vientos hacia el este transportan el calor desde el lado diurno.

Desde su descubrimiento en 2011, WASP-43 b ha sido observado con numerosos telescopios, incluidos los telescopios espaciales Hubble de la NASA y Spitzer, que ahora está retirado.

"Con Hubble, pudimos ver claramente que hay vapor de agua en el lado diurno. Tanto Hubble como Spitzer sugirieron que podría haber nubes en el lado nocturno", explicó Taylor Bell, investigador del Bay Area Environmental Research Institute y autor principal de un estudio publicado en Nature Astronomy. "Pero necesitábamos medidas más precisas de Webb para comenzar a cartografiar realmente la temperatura, la cobertura de nubes, los vientos y la composición atmosférica más detallada alrededor del planeta."

Aunque WASP-43 b es demasiado pequeño, tenue y cercano a su estrella para que un telescopio lo vea directamente, su corto período orbital de solo 19,5 horas lo hace ideal para la espectroscopia de curvas de fase, una técnica que implica medir pequeños cambios en el brillo del sistema estrella-planeta a medida que el planeta orbita la estrella.

Dado que la cantidad de luz del infrarrojo medio emitida por un objeto depende en gran medida de su temperatura, los datos de brillo capturados por Webb pueden usarse para calcular la temperatura del planeta.

El equipo utilizó MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) de Webb para medir la luz del sistema WASP-43 cada 10 segundos durante más de 24 horas. "Al observar durante toda una órbita, pudimos calcular la temperatura de diferentes lados del planeta a medida que rotaban en vista", explicó Bell. "A partir de eso, pudimos construir un mapa aproximado de la temperatura en todo el planeta."

Las mediciones muestran que el lado diurno tiene una temperatura promedio de casi 2.300 ºF/ 1.250 ºC, lo suficientemente caliente como para forjar hierro. Mientras tanto, el lado nocturno es significativamente más fresco, a 1.100 ºF / 600 ºC. Los datos también ayudan a localizar el punto más caliente del planeta (el "punto caliente"), que se desplaza ligeramente hacia el este desde el punto que recibe más radiación estelar, donde la estrella está más alta en el cielo del planeta. Este desplazamiento ocurre debido a los vientos supersónicos, que mueven el aire calentado hacia el este.

"El hecho de que podamos mapear la temperatura de esta manera es un verdadero testimonio de la sensibilidad y estabilidad de Webb", dijo Michael Roman, coautor de la Universidad de Leicester en el Reino Unido.

Para interpretar el mapa, el equipo utilizó modelos atmosféricos 3D complejos como los utilizados para entender el clima en la Tierra. El análisis muestra que es probable que el lado nocturno esté cubierto por una capa gruesa y alta de nubes que impiden que parte de la luz infrarroja escape al espacio. Como resultado, el lado nocturno, aunque muy caliente, parece más oscuro y más fresco de lo que sería si no hubiera nubes.

Falta de metano y fuertes vientos

El amplio espectro de luz de infrarrojo medio capturado por Webb también hizo posible medir la cantidad de vapor de agua (H2O) y metano (CH4) alrededor del planeta. "Webb nos ha dado la oportunidad de averiguar exactamente qué moléculas estamos viendo y poner algunos límites en las abundancias", dijo Joanna Barstow, coautora de la Open University en el Reino Unido.

Los espectros muestran signos claros de vapor de agua tanto en el lado nocturno como en el diurno del planeta, proporcionando información adicional sobre lo gruesas que son las nubes y lo alto que se extienden en la atmósfera.

Sorprendentemente, los datos también muestran una falta distintiva de metano en cualquier parte de la atmósfera. Aunque el lado diurno es demasiado caliente para que exista metano (la mayor parte del carbono debería estar en forma de monóxido de carbono), el metano debería ser estable y detectable en el lado nocturno más fresco.

"El hecho de que no veamos metano nos dice que WASP-43b debe tener velocidades del viento alcanzando algo así como 8.000 kilómetros por hora", explicó Barstow. "Si los vientos mueven el gas desde el lado diurno al lado nocturno y viceversa lo suficientemente rápido, no hay suficiente tiempo para que las reacciones químicas esperadas produzcan cantidades detectables de metano en el lado nocturno."

El equipo piensa que debido a esta mezcla impulsada por el viento, la química atmosférica es la misma en todo el planeta, lo que no era evidente a partir de trabajos anteriores con Hubble y Spitzer.