Los 'Júpiter calientes' engloban una amplia población de mundos

EP | 22/10/2021

La impresión de este artista muestra un planeta Júpiter caliente orbitando cerca de una de las estrellas en el rico y antiguo cúmulo de estrellas Messier 67, ubicado entre 2.500 y 3.000 años luz de la Tierra en la constelación de Cáncer (El Cangrejo). - ESO

Un astrónomo de la Universidad de Arizona ha liderado una "guía de campo" sin precedentes para los Júpiter calientes, combinando modelos teóricos con observaciones del Telescopio Espacial Hubble.

Si bien los estudios anteriores se centraron principalmente en mundos individuales clasificados como "Júpiter calientes" --gigantes de gas que corren alrededor de sus estrellas anfitrionas en órbitas extremadamente estrechas-- debido a su similitud superficial con el gigante gaseoso de nuestro propio sistema solar, el nuevo estudio es el primero en observar una población más amplia de mundos extraños.

Aunque los astrónomos piensan que solo 1 de cada 10 estrellas alberga un exoplaneta de la clase caliente Júpiter, los planetas peculiares constituyen una parte considerable de los exoplanetas descubiertos hasta la fecha, debido al hecho de que son más grandes y brillantes que otros tipos de exoplanetas, como como planetas rocosos, más parecidos a la Tierra o planetas gaseosos más pequeños y fríos.

Con un tamaño que varía desde aproximadamente un tercio del tamaño de Júpiter hasta 10 masas de Júpiter, todos los Júpiter calientes orbitan su estrella anfitriona a un rango extremadamente cercano, generalmente mucho más cerca de lo que Mercurio, el planeta más interno de nuestro sistema solar, está al sol. Un "año" en un típico Júpiter caliente dura horas, o como mucho unos pocos días. A modo de comparación, Mercurio tarda casi tres meses en completar un viaje alrededor del sol.

Debido a sus órbitas cercanas, se cree que la mayoría, si no todos, los Júpiter calientes están encerrados en un abrazo de alta velocidad con sus estrellas anfitrionas, con un lado eternamente expuesto a la radiación de la estrella y el otro envuelto en una oscuridad perpetua. La superficie de un Júpiter caliente típico puede alcanzar temperaturas de 2.700 grados Celsius, y las muestras "más frías" alcanzan los 760 grados, lo suficientemente calientes como para derretir el aluminio.

La investigación, que fue dirigida por Megan Mansfield, becaria Sagan de la NASA en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, utilizó observaciones realizadas con el Telescopio Espacial Hubble que permitieron al equipo medir directamente los espectros de emisión de Júpiter calientes, a pesar de que Hubble puede captar en imagen cualquiera de estos planetas directamente.

"Estos sistemas, estas estrellas y sus Júpiter calientes, están demasiado lejos para resolver la estrella individual y su planeta", dijo Mansfield en un comunicado. "Todo lo que podemos ver es un punto, la fuente de luz combinada de los dos".

Mansfield y su equipo utilizaron un método conocido como eclipse secundario para extraer información de las observaciones que les permitió mirar profundamente en las atmósferas de los planetas y obtener información sobre su estructura y composición química. La técnica implica observaciones repetidas del mismo sistema, capturando el planeta en varios lugares de su órbita, incluso cuando se sumerge detrás de la estrella.

"Básicamente, medimos la luz combinada que proviene de la estrella y su planeta y comparamos esa medida con lo que vemos cuando el planeta está escondido detrás de su estrella", dijo Mansfield. "Esto nos permite restar la contribución de la estrella y aislar la luz emitida por el planeta, aunque no podamos verla directamente".

Los datos del eclipse proporcionaron a los investigadores información sobre la estructura térmica de las atmósferas de los Júpiter calientes y les permitieron construir perfiles individuales de temperaturas y presiones para cada uno. Luego, el equipo analizó la luz del infrarrojo cercano, que es una banda de longitudes de onda más allá del rango que los humanos pueden ver, proveniente de cada sistema de Júpiter caliente para las llamadas características de absorción. Debido a que cada molécula o átomo tiene su propio perfil de absorción específico, como una huella digital, observar diferentes longitudes de onda permite a los investigadores obtener información sobre la composición química de los Júpiter calientes. Por ejemplo, si hay agua en la atmósfera del planeta, absorberá luz a 1,4 micrones, que cae dentro del rango de longitudes de onda que el Hubble puede ver muy bien.

"En cierto modo, utilizamos moléculas para explorar las atmósferas de estos Júpiter calientes", dijo Mansfield. "Podemos usar el espectro que observamos para obtener información sobre de qué está hecha la atmósfera, y también podemos obtener información sobre cómo se ve la estructura de la atmósfera".

El equipo fue un paso más allá al cuantificar los datos de observación y compararlos con modelos de los procesos físicos que se cree que están funcionando en las atmósferas de Júpiter calientes. Los dos conjuntos coincidieron muy bien, lo que confirma que muchas predicciones sobre la naturaleza de los planetas basadas en trabajos teóricos parecen ser correctas, según Mansfield, quien dijo que los hallazgos son "emocionantes porque no estaban garantizados".

Los resultados sugieren que es probable que todos los Júpiter calientes, no solo los 19 incluidos en el estudio, contengan conjuntos similares de moléculas, como agua y monóxido de carbono, junto con cantidades más pequeñas de otras moléculas. Las diferencias entre planetas individuales deberían ascender principalmente a cantidades relativas variables de estas moléculas. Los hallazgos también revelaron que las características de absorción de agua observadas variaron ligeramente de un Júpiter caliente a otro.

Según los autores, los resultados se pueden utilizar para orientar las expectativas de lo que los astrónomos podrían ver al mirar un Júpiter caliente que no se ha estudiado antes. El lanzamiento del telescopio insignia de noticias de la NASA, el Telescopio Espacial James Webb, programado para el 18 de diciembre, ha emocionado a los cazadores de exoplanetas porque Webb puede ver en un rango mucho más amplio de luz infrarroja y permitirá una visión mucho más detallada de los exoplanetas, incluido los Júpiter calientes.

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