08 Mar Webb descubre una atmósfera dinámica en «SIMP 0136»

Un equipo internacional de investigadores ha descubierto que las variaciones de brillo previamente observadas en un objeto errante de masa planetaria, conocido como «SIMP 0136», son el resultado de una compleja combinación de factores atmosféricos.

El equipo utilizó el Telescopio Espacial James Webb para monitorizar un amplio espectro de luz infrarroja emitida por «SIMP 0136» durante dos períodos completos de rotación. Así logró detectar variaciones en las capas de nubes, temperatura y química del carbono ocultas hasta ahora.

Los resultados proporcionan información crucial sobre la complejidad tridimensional de las atmósferas de los gigantes gaseosos dentro y fuera de nuestro sistema solar.

«SIMP 0136»: Rápida rotación y libre flotación

«SIMP 0136» es un objeto de rápida rotación y libre flotación, con una masa aproximada de 13 veces la de Júpiter. Se encuentra dentro de la Vía Láctea, a unos 20 años luz de la Tierra, en la constelación de Piscis.

Es el planeta aislado o enana marrón más brillante visible desde el hemisferio norte y se estima que tiene unos 200 millones de años.

Aunque no se clasifica como un exoplaneta gigante gaseoso —pues no orbita una estrella y podría ser una enana marrón—, «SIMP 0136» es un objeto ideal para el estudio de la exometeorología, ya que es el más brillante de su tipo en el cielo del hemisferio norte.

Debido a su aislamiento, puede ser observado directamente sin el riesgo de contaminación lumínica o variabilidad causada por una estrella anfitriona. Además, su corto período de rotación de solo 2,4 horas permite un estudio muy eficiente.

Un objeto muy estudiado

Antes de las observaciones con el Webb, «SIMP 0136″ había sido estudiado extensamente mediante observatorios terrestres, así como con el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y el Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA.

«Ya sabíamos que su brillo variaba y estábamos seguros de que había capas de nubes irregulares que rotaban dentro y fuera del campo de visión y evolucionaban a lo largo del tiempo», explica Allison McCarthy, estudiante de doctorado en la Universidad de Boston y autora principal de un estudio.

«También sospechábamos que podría haber variaciones de temperatura, reacciones químicas e incluso algunos efectos de actividad auroral afectando el brillo, pero no estábamos seguros».

Para investigarlo, el equipo necesitaba la capacidad del Webb para medir cambios de brillo con gran precisión en un amplio rango de longitudes de onda.

«SIMP 0136»: Miles de espectros en el infrarrojo

Utilizando el instrumento NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano), Webb capturó miles de espectros individuales de «SIMP 0136» entre 0,6 y 5,3 micrones, a razón de uno cada 1,8 segundos durante más de tres horas, cubriendo una rotación completa del objeto.

Inmediatamente después, se realizó una observación con el instrumento MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio), que recopiló cientos de mediciones de luz entre 5 y 14 micrones, una cada 19,2 segundos, durante otra rotación completa.

Como resultado, se obtuvieron cientos de curvas de luz detalladas de «SIMP 0136», cada una mostrando cómo variaba el brillo en una longitud de onda específica a medida que diferentes regiones del objeto rotaban en el campo de visión del Webb.

«Ver cómo el espectro completo de «SIMP 0136″ cambiaba en cuestión de minutos fue increíble», comenta la investigadora principal Johanna Vos, del Trinity College de Dublín.

«Hasta ahora, solo teníamos un pequeño fragmento del espectro en el infrarrojo cercano gracias al Hubble y algunas mediciones de brillo del Spitzer».

Múltiples factores

El equipo notó casi de inmediato que había varias formas distintas en las curvas de luz. En un momento dado, algunas longitudes de onda aumentaban en brillo, mientras que otras disminuían o apenas variaban. Esto indicaba que múltiples factores estaban influyendo en las variaciones de brillo.

«Imagina que observas la Tierra desde lejos. Si miraras cada color por separado, verías diferentes patrones que te revelarían información sobre su superficie y atmósfera, incluso sin poder distinguir detalles individuales», explica el coautor Philip Muirhead, también de la Universidad de Boston.

«El azul aumentaría cuando los océanos rotaran hacia tu campo de visión. Los cambios en colores marrón y verde te darían información sobre el suelo y la vegetación».

SIMP 0136: Modelos atmosféricos

Para determinar qué estaba causando la variabilidad en «SIMP 0136», el equipo utilizó modelos atmosféricos para identificar de qué regiones de la atmósfera provenía cada longitud de onda de luz.

«Diferentes longitudes de onda proporcionan información sobre distintas profundidades en la atmósfera«, explica McCarthy.

«Nos dimos cuenta de que las longitudes de onda que mostraban curvas de luz más parecidas también exploraban las mismas profundidades, lo que refuerza la idea de que deben estar causadas por el mismo mecanismo».

Tres grupos de longitudes de onda

Un grupo de longitudes de onda, por ejemplo, proviene de las profundidades de la atmósfera de «SIMP 0136», donde podrían existir nubes irregulares compuestas de partículas de hierro.

Un segundo grupo proviene de nubes más altas, que se cree están formadas por diminutos granos de minerales de silicato. Las variaciones en ambas curvas de luz parecen estar relacionadas con la distribución irregular de las capas de nubes.

Un tercer grupo de longitudes de onda se origina a altitudes muy elevadas, muy por encima de las nubes, y parece estar vinculado con la temperatura.

Auroras y química del carbono

Puntos brillantes o «puntos calientes» podrían estar relacionados con auroras previamente detectadas en «SIMP 0136» en longitudes de onda de radio, o con el ascenso de gas caliente desde capas más profundas de la atmósfera.

Algunas de las curvas de luz no pueden explicarse solo por la presencia de nubes o por la temperatura, sino que muestran variaciones relacionadas con la química del carbono en la atmósfera.

Podría haber bolsas de monóxido y dióxido de carbono rotando dentro y fuera del campo de visión, o reacciones químicas que alteran la composición atmosférica con el tiempo.

«Aún no hemos descifrado del todo la parte química del rompecabezas», comenta Vos. «Pero estos resultados son emocionantes, porque nos muestran que la abundancia de moléculas como el metano y el dióxido de carbono en «SIMP 0136» podría variar de un lugar a otro y con el tiempo».

«Por lo tanto, si al observar un exoplaneta solo podemos tomar una única medición, debemos considerar que ésta podría no representar el estado general de todo el planeta».

Fuente: Webb exposes complex atmosphere of starless super-Jupiter