Utilizando el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO), un equipo ha descubierto el elemento más pesado jamás detectado en la atmósfera de un exoplaneta: el bario. La sorpresa surgió al descubrir la presencia de bario a grandes altitudes en las atmósferas de los gigantes gaseosos ultracalientes WASP-76b y WASP-121b (dos exoplanetas, planetas que orbitan estrellas fuera de nuestro Sistema Solar). Este descubrimiento inesperado plantea preguntas sobre cómo pueden ser estas atmósferas exóticas.

En palabras de Tomás Azevedo Silva, estudiante de doctorado en la Universidad de Oporto y el Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio (IA) de Portugal, quien dirigió el estudio publicado en la revista Astronomy & Astrophysics, la parte desconcertante y contraintuitiva es: ¿por qué hay un elemento tan pesado en las capas superiores de la atmósfera de estos planetas?.

WASP-76b y WASP-121b no son exoplanetas ordinarios. Ambos son conocidos como jupíteres ultracalientes, ya que son comparables en tamaño a Júpiter, mientras que tienen temperaturas superficiales extremadamente altas que se elevan por encima de los 1000°C. Esto se debe a su proximidad a sus estrellas anfitrionas, lo que también significa que una órbita alrededor de cada estrella se completa en tan solo uno o dos días. Esto otorga a estos planetas características bastante exóticas; en WASP-76b, por ejemplo, los astrónomos sospechan que llueve hierro.

Esta impresión artística muestra un exoplaneta ultra caliente, un planeta más allá de nuestro Sistema Solar, cuando está a punto de transitar frente a su estrella anfitriona. Cuando la luz de la estrella atraviesa la atmósfera del planeta, es filtrada por los elementos químicos y las moléculas de la capa gaseosa. Con instrumentos sensibles, las firmas de esos elementos y moléculas pueden observarse desde la Tierra. Utilizando el instrumento ESPRESSO del Very Large Telescope de ESO, los astrónomos han encontrado el elemento más pesado hasta ahora en la atmósfera de un exoplaneta, el bario, en los dos Júpiter ultra calientes WASP-76b y WASP-121b | foto ESO/M. Kornmesser

Pero, aun así, la comunidad científica se sorprendió al detectar bario, que es 2,5 veces más pesado que el hierro, en las atmósferas superiores de WASP-76b y WASP-121b. Dada la alta gravedad de los planetas, esperaríamos que elementos pesados como el bario cayeran rápidamente a las capas inferiores de la atmósfera, explica el coautor, Olivier Demangeon, también investigador de la Universidad de Oporto y del IA.

Este fue, en cierto modo, un descubrimiento ‘accidental’, afirma Azevedo Silva. No esperábamos ni buscábamos bario en particular y tuvimos que verificar que en realidad provenía del planeta, ya que nunca antes se había visto en ningún exoplaneta.

El hecho de que se detectara bario en las atmósferas de estos dos jupíteres ultracalientes sugiere que esta categoría de planetas podría ser aún más extraña de lo que se pensaba. Aunque ocasionalmente vemos bario en nuestros propios cielos, como en el caso del color verde brillante de los fuegos artificiales, la pregunta para la comunidad científica es qué proceso natural podría causar que este elemento pesado esté a altitudes tan altas en estos exoplanetas. Por el momento, no estamos seguros de cuáles son los mecanismos, explica Demangeon.

En el estudio de las atmósferas de exoplanetas, los Júpiter ultracalientes son extremadamente útiles. Como explica Demangeon, Al ser gaseosas y calientes, sus atmósferas son muy extensas y, por lo tanto, son más fáciles de observar y estudiar que las de planetas más pequeños o más fríos.

Determinar la composición de la atmósfera de un exoplaneta requiere de un equipo muy especializado. El equipo utilizó el instrumento ESPRESSO, instalado en el VLT de ESO, en Chile, para analizar la luz de las estrellas que había sido filtrada a través de las atmósferas de WASP-76b y WASP-121b. Esto permitió detectar claramente varios elementos, entre ellos, el bario.

Estos nuevos resultados muestran que solo hemos arañado la superficie de los misterios que rodean a los exoplanetas. Con futuros instrumentos como ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph, espectrógrafo Echelle de Alta Dispersión), que operará en el próximo Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, la comunidad astronómica podrá estudiar las atmósferas de exoplanetas grandes y pequeños, incluidos los de planetas rocosos similares a la Tierra, a una profundidad mucho mayor y reunir más pistas sobre la naturaleza de estos extraños mundos.


Fuentes

European Southern Observatory | T. Azevedo Silva et al., Detection of barium in the atmospheres of the ultra-hot gas giants WASP-76b and WASP-121b, Astronomy & Astrophysics (2022). DOI: 10.1051/0004-6361/202244489


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