Investigadores del telescopio espacial James Webb de la NASA han detectado nanocristales de cuarzo en las nubes de gran altitud de WASP-17 b, un exoplaneta caliente similar a Júpiter situado a 1.300 años-luz de la Tierra. Esta detección, posible gracias al instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument), constituye la primera vez que se observan partículas de sílice (SiO2) en la atmósfera de un exoplaneta.
David Grant, investigador de la Universidad de Bristol (Reino Unido) y primer autor del artículo que se publica en la revista Astrophysical Journal Letters, afirma: Sabíamos por las observaciones del Hubble que debía haber aerosoles -pequeñas partículas que forman nubes o brumas- en la atmósfera de WASP-17 b, pero no esperábamos que estuvieran hechos de cuarzo.
Los silicatos (minerales ricos en silicio y oxígeno) constituyen la mayor parte de la Tierra y la Luna, así como de otros objetos rocosos de nuestro sistema solar, y son extremadamente comunes en toda la galaxia. Pero los granos de silicato detectados anteriormente en las atmósferas de exoplanetas y enanas marrones parecen estar formados por silicatos ricos en magnesio, como olivino y piroxeno, y no sólo por cuarzo, que es SiO2 puro.
El resultado de este equipo, en el que también participan investigadores del Centro de Investigación Ames y del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, da un nuevo giro a nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan las nubes de los exoplanetas. Esperábamos ver silicatos de magnesio, explica Hannah Wakeford, coautora del estudio y también de la Universidad de Bristol. Pero lo que vemos en su lugar son probablemente los componentes básicos de éstos, las diminutas partículas ‘semilla’ necesarias para formar los granos de silicato más grandes que detectamos en exoplanetas más fríos y enanas marrones.
Con un volumen más de siete veces superior al de Júpiter y una masa inferior a la mitad de éste, WASP-17 b es uno de los exoplanetas más grandes conocidos. Esto, junto con su corto período orbital de sólo 3,7 días terrestres, hace que el planeta sea ideal para la espectroscopia de transmisión: una técnica que consiste en medir los efectos de filtrado y dispersión de la atmósfera de un planeta sobre la luz de las estrellas.
Webb observó el sistema WASP-17 durante casi 10 horas, recogiendo más de 1.275 medidas de brillo de luz infrarroja media de 5 a 12 micras mientras el planeta cruzaba su estrella. Al restar el brillo de las longitudes de onda individuales de la luz que llegaba al telescopio cuando el planeta estaba frente a la estrella de las de la estrella por sí sola, el equipo fue capaz de calcular la cantidad de cada longitud de onda bloqueada por la atmósfera del planeta.
El resultado fue una «protuberancia» inesperada a 8,6 micras, una característica que no cabría esperar si las nubes estuvieran formadas por silicatos de magnesio u otros posibles aerosoles de alta temperatura como el óxido de aluminio, pero que tiene todo el sentido del mundo si están formadas por cuarzo. Aunque estos cristales tienen probablemente una forma similar a los prismas hexagonales puntiagudos que se encuentran en las geodas y en las tiendas de gemas de la Tierra, cada uno de ellos sólo mide unos 10 nanómetros de diámetro, una millonésima parte de un centímetro.
Los datos del Hubble desempeñaron un papel clave en la determinación del tamaño de estas partículas, explica Nikole Lewis, coautora del estudio y de la Universidad de Cornell, que dirige el programa Webb de Observación en Tiempo Garantizado (GTO), diseñado para ayudar a construir una visión tridimensional de la atmósfera caliente de Júpiter. Sabemos que hay sílice sólo por los datos MIRI de Webb, pero necesitábamos las observaciones visibles y en el infrarrojo cercano del Hubble para el contexto, para averiguar el tamaño de los cristales.
A diferencia de las partículas minerales que se encuentran en las nubes de la Tierra, los cristales de cuarzo detectados en las nubes de WASP-17 b no son arrastrados desde una superficie rocosa. Por el contrario, se originan en la propia atmósfera. WASP-17 b es extremadamente caliente -alrededor de 1.500 grados Celsius (2.700°F)- y la presión donde se forman en lo alto de la atmósfera es sólo una milésima parte de la que experimentamos en la superficie de la Tierra, explicó Grant. En estas condiciones, los cristales sólidos pueden formarse directamente a partir del gas, sin pasar antes por una fase líquida.
Comprender de qué están hechas las nubes es crucial para entender el planeta en su conjunto. Los planetas calientes similares a Júpiter como WASP-17 b están formados principalmente por hidrógeno y helio, con pequeñas cantidades de otros gases como vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Si sólo tenemos en cuenta el oxígeno presente en estos gases y no incluimos todo el oxígeno encerrado en minerales como el cuarzo (SiO2), subestimaremos significativamente la abundancia total, explicó Wakeford. Estos hermosos cristales de sílice nos hablan del inventario de diferentes materiales y de cómo todos ellos se unen para dar forma al medio ambiente de este planeta.
Es difícil determinar con exactitud la cantidad de cuarzo existente y el grado de penetración de las nubes. Es probable que las nubes estén presentes a lo largo de la transición día/noche, que es la región que sondean nuestras observaciones, afirma Grant. Dado que el planeta está bloqueado marealmente, con un lado diurno muy caliente y un lado nocturno más frío, es probable que las nubes circulen alrededor del planeta, pero se vaporicen cuando alcanzan el lado diurno más caliente. Los vientos podrían estar moviendo estas diminutas partículas vidriosas a miles de kilómetros por hora.
WASP-17 b es uno de los tres planetas objetivo de las investigaciones DREAMS (Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy) del equipo científico del telescopio JWST, diseñadas para reunir un amplio conjunto de observaciones de un representante de cada clase clave de exoplanetas: un Júpiter caliente, un Neptuno cálido y un planeta rocoso templado. Las observaciones MIRI del Júpiter caliente WASP-17 b se realizaron en el marco del programa GTO 1353.
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, a mundos lejanos alrededor de otras estrellas, y sondeando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.
Fuentes
NASA | David Grant, Nikole K. Lewis, et al., JWST-TST DREAMS: Quartz Clouds in the Atmosphere of WASP-17b. The Astrophysical Journal Letters. 956 L29 DOI 10.3847/2041-8213/acfc3b
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