Revelado el lado oscuro de un exoplaneta caliente de Júpiter

Los astrónomos han obtenido su mejor vista hasta ahora del lado oscuro de un exoplaneta gigante que orbita alrededor de una estrella distante. El planeta se llama WASP-121b. Es casi el doble del tamaño de Júpiter. Es bloqueado por mareas a su estrella, lo que significa que el mismo hemisferio del planeta mira continuamente a la estrella. los astrónomos dijo el 21 de febrero de 2022, que el exoplaneta caliente de Júpiter probablemente tenga nubes de hierro, lluvia de titanio y vientos violentos.

Los científicos publicado su estudio en el revisado por pares revista Nature Astronomy el 21 de febrero de 2022.

El autor principal del estudio, Thomas Mikal-Evans del MIT, comentado:

Ahora vamos más allá de tomar instantáneas aisladas de regiones específicas de atmósferas de exoplanetas, para estudiarlas como los sistemas 3D que realmente son.

El exoplaneta caliente de Júpiter WASP-121b

Los científicos descubrieron originalmente el exoplaneta caliente de Júpiter WASP-121b en 2015. Ya han aprendido mucho al respecto. Se encuentra a 850 años luz de distancia. Tiene una de las órbitas más cortas de un planeta conocido, dando vueltas alrededor de su estrella natal en solo 30 horas. Tiene vapor de agua en su atmósfera y temperaturas que cambian con la altitud. Y recuerda que está bloqueado por mareas: un lado del planeta siempre mira hacia su estrella. Ese lado soporta un día eterno, mientras que el otro lado del planeta experimenta una noche perpetua.

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Un extraño ciclo del agua

En el nuevo estudio, los científicos mapearon las temperaturas en WASP-121b para ver cómo cambiaban con la altitud y del lado diurno al nocturno. Pudieron ver agua circulando en la espesa atmósfera entre los lados diurno y nocturno del exoplaneta.

Pero el ciclo del agua en WASP-121b no es como el ciclo del agua en la Tierra. En la Tierra, el agua se evapora y sube donde se condensa en nubes y luego vuelve a llover. En WASP-121b, los 3.000 Kelvin (alrededor de 5000 F o 2700 C) el calor en el lado diurno desgarra las moléculas de agua. Luego, vientos feroces soplan estos restos de moléculas hacia el lado nocturno. En las temperaturas más frías del lado nocturno, el hidrógeno y el oxígeno pueden combinarse nuevamente para formar moléculas de agua. Pero los vientos del planeta inevitablemente los devuelven al lado diurno, donde el ciclo comienza de nuevo.

Los investigadores calcularon que los vientos en la atmósfera del planeta rugen a más de 11.000 millas por hora (5 kilómetros por segundo). Otro autor del estudio, Tansu Daylan del MIT, dijo:

Estos vientos son mucho más rápidos que nuestra corriente en chorro y probablemente puedan mover las nubes por todo el planeta en unas 20 horas.

Nubes de hierro y lluvia de titanio en el caliente lado oscuro de Júpiter

Y eso no es todo. La atmósfera de WASP-121b solo se vuelve más interesante a partir de ahí. Mediante el uso de modelos informáticos, los investigadores pudieron identificar las sustancias químicas con mayor probabilidad de estar en la atmósfera del planeta. Los modelos indicaban nubes metálicas de hierro, corundo y titanio en el lado nocturno. El corindón es el mineral que forma los rubíes y los zafiros.

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Estas nubes también soplan alrededor del planeta. A medida que soplan del lado nocturno al lado diurno, las temperaturas más altas vaporizan los metales en gas. La lluvia en forma de gemas líquidas puede incluso caer de las nubes de corindón. Mikal-Evans dijo:

Con esta observación, realmente estamos obteniendo una visión global de la meteorología de un exoplaneta.

Observando el lado oscuro del planeta

Los científicos examinaron WASP-121b utilizando espectroscópico observaciones con el telescopio espacial Hubble. Para ver el lado oscuro de la noche del planeta, tuvieron que buscar pequeños cambios en todo el espectro del planeta mientras orbita su estrella de origen. daylan dijo:

Los Júpiter calientes son famosos por tener lados diurnos muy brillantes, pero el lado nocturno es una bestia diferente. El lado nocturno de WASP-121b es unas 10 veces más débil que el lado diurno.

El equipo estudió WASP-121b a través de dos órbitas, una en 2018 y otra en 2019. Buscaron las líneas de absorción que indican vapor de agua. Mikal-Evans dijo:

Vimos esta característica del agua y mapeamos cómo cambió en diferentes partes de la órbita del planeta. Eso codifica información sobre la temperatura de la atmósfera del planeta en función de la altitud.

Temperaturas y viento

Con sus observaciones, los investigadores encontraron que el lado diurno del planeta está alrededor de los 3500 kelvin cerca de la parte superior de su atmósfera y un poco más frío de 2500 kelvin (4000 F o 2200 C) en su capa observable más profunda. El lado nocturno tenía 1500 kelvin (2200 F o 1200 C) en la parte superior de la atmósfera y 1800 kelvin (2800 F o 1500 C) en su capa observable más profunda. Como puede ver, la temperatura cambia de lado de noche a lado de día. El lado diurno experimenta lo que los meteorólogos llaman un inversión térmica cuando el aire más frío está más cerca de la superficie y está cubierto por aire más cálido.

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También encontraron que la región más caliente del planeta está ligeramente al este del lugar justo debajo de su estrella de origen. Creen que este cambio se debe a los fuertes vientos. Mikal-Evans dijo:

El gas se calienta en el punto subestelar [where the star is directly overhead] pero está siendo volado hacia el este antes de que pueda volver a irradiar al espacio.

Planes futuros para investigar WASP-121b

El equipo utilizará el Telescopio Espacial Hubble a finales de este año para mapear el dióxido de carbono en la atmósfera del planeta. Mikal-Evans explicó:

Esa sería la primera vez que podríamos medir una molécula que contiene carbono en la atmósfera de este planeta. La cantidad de carbono y oxígeno en la atmósfera proporciona pistas sobre dónde se forman este tipo de planetas.

En pocas palabras: los científicos han revelado el lado oscuro de un exoplaneta caliente de Júpiter por primera vez, encontrando nubes de hierro, lluvia de titanio y vientos violentos.

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