18 Oct Webb detecta cuarzo en las nubes de un exoplaneta

Investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han detectado evidencia de nanocristales de cuarzo en las nubes de gran altitud de WASP-17 b, un exoplaneta del tipo Júpiter caliente a 1.300 años luz de la Tierra.

La detección, posible gracias al MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) de Webb, marca la primera vez que se detectan partículas de sílice (SiO2) en la atmósfera de un exoplaneta, y muestra a los científicos la variedad de materiales que dan forma a los entornos planetarios.

Nubes de cuarzo

“¡Estábamos emocionados!”, dijo David Grant, investigador de la Universidad de Bristol en el Reino Unido y primer autor de un artículo que se publica hoy en Astrophysical Journal Letters. «Sabíamos, por las observaciones del Hubble, que debía haber aerosoles (partículas diminutas que forman nubes o neblina) 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 detectados previamente en las atmósferas de exoplanetas y enanas marrones, parecen estar hechos de silicatos ricos en magnesio, como el olivino y el piroxeno, no solo de cuarzo, que es SiO2 puro.

El resultado de este equipo, que también incluye investigadores del Centro de Investigación Ames y del Centro de Vuelos Espaciales Goddard, ambos de la NASA, da un nuevo giro a nuestra comprensión sobre cómo se forman y evolucionan las nubes en los exoplanetas.

«Esperábamos ver silicatos de magnesio», dijo la coautora Hannah Wakeford, también de la Universidad de Bristol. «Pero lo que estamos viendo, en cambio, son probablemente los componentes básicos de ellos, las diminutas partículas ‘semilla’ necesarias para formar los granos de silicato más grandes que detectamos en exoplanetas más fríos y enanas marrones».

Un inesperado pico de 8,6 micras

Con un volumen más de siete veces el de Júpiter y una masa inferior a la mitad de la de Júpiter, WASP-17 b es uno de los exoplanetas más grandes e hinchados conocidos.

Esto, junto con su corto período orbital de solo 3,7 días terrestres, hace que el planeta sea ideal para la espectroscopia de transmisión: una técnica que implica medir los efectos de filtrado y dispersión de la luz de una estrella en la atmósfera de un planeta huésped.

Webb observó el sistema WASP-17 durante casi 10 horas, recopilando más de 1.275 mediciones de brillo de luz infrarroja media de 5 a 12 micrones, mientras el planeta cruzaba su estrella.

Restando el brillo de las longitudes de onda de luz individuales que alcanzaron el telescopio cuando el planeta estaba frente a la estrella, de los de la propia estrella, el equipo pudo calcular cada longitud de onda bloqueada por la atmósfera del planeta.

Lo que surgió de la espectrometría fue un inesperado pico de 8,6 micras, una característica que no se esperaría si las nubes estuvieran hechas de silicatos de magnesio u otros posibles aerosoles de alta temperatura como el óxido de aluminio, pero que tiene mucho sentido si están hechas de cuarzo.

Cristales, nubes y vientos

Si bien estos cristales probablemente tengan una forma similar a los prismas hexagonales puntiagudos que se encuentran en geodas y tiendas de gemas en la Tierra, cada uno tiene solo unos 10 nanómetros de ancho, una millonésima parte de 1 centímetro.

«Los datos del Hubble desempeñaron un papel clave a la hora de limitar el tamaño de estas partículas», explicó el coautor Nikole Lewis, de la Universidad de Cornell, que dirige el programa Webb Guaranteed Time Observation (GTO), diseñado para ayudar a construir una vista tridimensional de la atmósfera de un Júpiter caliente.

«Sabemos que hay sílice a partir de los datos MIRI de Webb, pero necesitábamos las observaciones visibles e infrarrojas cercanas del Hubble como contexto, para determinar 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 barridos por el viento desde la superficie terrestre. Más bien, se originan en la atmósfera misma.

«WASP-17 b es extremadamente caliente (alrededor de 1.500 grados Celsius) y la presión donde se forma en la atmósfera alta es solo aproximadamente una milésima parte de la que experimentamos en la superficie de la Tierra», explicó Grant. «En estas condiciones, los cristales sólidos se pueden formar directamente a partir del gas, sin pasar primero por una fase líquida».

Soñando con DREAMS

Comprender de qué están hechas las nubes es crucial para comprender el planeta en su conjunto. Los Júpiteres calientes como WASP-17 b están formados principalmente de hidrógeno y helio, con pequeñas cantidades de otros gases como vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2).

«Si solo consideramos el oxígeno que hay 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 sobre el inventario de diferentes materiales y cómo se unen para dar forma al medio ambiente de este planeta».

Nubes en el terminador

Es difícil determinar exactamente cuánto cuarzo hay y lo abundantes que puedan ser las nubes. «Es probable que las nubes estén presentes a lo largo de la transición día/noche (el terminador), que es la región que nuestras observaciones exploran», dijo Grant.

Dado que el planeta está bloqueado por mareas, con un lado diurno muy caluroso y un lado nocturno más frío, es probable que las nubes circulen alrededor del planeta y se vaporicen cuando llegan al lado diurno más cálido. «Los vientos podrían estar moviendo estas diminutas partículas vítreas a miles de kilómetros por hora».

DREAMS

El júpiter caliente WASP-17 b es uno de los tres planetas objetivo de las investigaciones del Reconocimiento Profundo de Atmósferas de Exoplanetas mediante Espectroscopía de Instrumentos Múltiples (DREAMS) del Equipo Científico del Telescopio JWST.

Estas investigaciones están diseñadas para recopilar un conjunto completo de observaciones de un representante de cada clase de exoplanetas. : un Júpiter caliente, un Neptuno cálido y un planeta rocoso templado. Las observaciones MIRI de WASP-17 b se realizaron como parte del programa GTO 1353.

Fuente: Webb Detects Tiny Quartz Crystals in Clouds of Hot Gas Giant