18 Dic Webb detecta un extraño exoplaneta con atmósfera de carbono
Observaciones realizadas con el Telescopio Espacial James Webb han permitido a un equipo de científicos detectar un extraño exoplaneta con atmósfera de carbono, cuya composición desafía nuestra comprensión.
Denominado oficialmente PSR J2322-2650b, este objeto con una masa comparable a la de Júpiter parece tener una atmósfera exótica dominada por helio y carbono, diferente a cualquier otra observada hasta ahora.
Este exoplaneta con atmósfera de carbono podría albergar nubes de hollín flotando en el aire y, en sus capas más profundas, dichas nubes podrían condensarse y formar diamantes. El origen de este planeta sigue siendo un misterio.
Un sistema único
El descubrimiento de este exoplaneta con atmósfera de carbono no encaja en los modelos habituales de formación planetaria. Este objeto de masa planetaria ya se sabía que orbitaba un púlsar, una estrella de neutrones que gira rápidamente.
Un púlsar emite haces de radiación electromagnética a intervalos regulares, que suelen oscilar entre milisegundos y segundos. Estos haces solo pueden observarse cuando apuntan directamente hacia la Tierra, de forma similar a la luz de un faro.
«Fue una sorpresa absoluta», afirma Peter Gao, del Carnegie Earth and Planets Laboratory en Washington. «Recuerdo que, tras recibir los datos, nuestra reacción colectiva fue: “¿Qué demonios es esto?”. Es extremadamente distinto de lo que esperábamos».
Se espera que este púlsar de milisegundos emita principalmente rayos gamma y otras partículas de alta energía, invisibles para la visión infrarroja del Webb. Al no haber una estrella brillante que interfiera, los científicos pueden estudiar este exoplaneta con gran detalle a lo largo de toda su órbita.
«Este sistema es único porque podemos ver el planeta iluminado por su estrella anfitriona, pero sin ver en absoluto a la estrella», explica Maya Beleznay, doctoranda de la Universidad de Stanford, que trabajó en el modelado de la forma del planeta y la geometría de su órbita. «Así obtenemos un espectro extremadamente limpio y podemos estudiar este sistema con mucho más detalle que los exoplanetas habituales».
Esta ventaja observacional ha sido clave para identificar la naturaleza de este exoplaneta con atmósfera de carbono.
Un exoplaneta sin precedentes
«El planeta orbita una estrella completamente extraña: tiene la masa del Sol, pero el tamaño de una ciudad», señala Michael Zhang, de la Universidad de Chicago y principal investigador del estudio. «Se trata de un nuevo tipo de atmósfera planetaria que nadie había visto antes. En lugar de encontrar las moléculas normales que esperamos en un exoplaneta —como agua, metano o dióxido de carbono— observamos carbono molecular, concretamente C₃ y C₂».
Esta composición confirma que estamos ante un exoplaneta sin precedentes.
Las temperaturas del planeta oscilan entre unos 650 °C en el hemisferio nocturno y unos 2.040 °C en el hemisferio diurno. El carbono molecular es muy inusual porque, a estas temperaturas, si existen otros tipos de átomos en la atmósfera, el carbono tiende a unirse a ellos.
El carbono molecular solo es dominante si prácticamente no hay oxígeno ni nitrógeno. De los aproximadamente 150 planetas estudiados con este nivel de detalle, ninguno presenta las características extremas de este exoplaneta con atmósfera de carbono.
PSR J2322-2650b se encuentra extraordinariamente cerca de su estrella, a solo 1,6 millones de kilómetros. En comparación, la distancia entre la Tierra y el Sol es de unos 160 millones de kilómetros, es decir, 100 veces mayor.
Debido a su órbita extremadamente cerrada, el año del exoplaneta dura apenas 7,8 horas. Las fuerzas gravitatorias del púlsar están deformando al planeta hasta darle una extraña forma similar a un limón.
Un peculiar sistema «Viuda Negra»
En conjunto, la estrella y el exoplaneta con atmósfera de carbono pueden considerarse un sistema de tipo «viuda negra», aunque no un ejemplo típico.
Los sistemas viuda negra son un tipo raro de sistema doble en el que un púlsar de rotación rápida está acompañado por una estrella pequeña y de baja masa.
En el pasado, material de la compañera fluía hacia el púlsar, haciendo que este aumentara progresivamente su velocidad de rotación, lo que genera un viento intenso. Ese viento y la radiación asociada bombardean y evaporan a la compañera, más pequeña y menos masiva.
Como la araña de la que toman su nombre, el púlsar consume lentamente a su desafortunado acompañante. Sin embargo, en este caso el objeto acompañante se considera oficialmente un exoplaneta, no una estrella.
La Unión Astronómica Internacional define un exoplaneta como un cuerpo celeste con una masa inferior a 13 veces la de Júpiter que orbita una estrella, una enana marrón o un remanente estelar, como un púlsar.
De los más de 6.000 exoplanetas conocidos, este es el único comparable a un gigante gaseoso caliente que orbita un púlsar. El carácter excepcional de este exoplaneta con atmósfera de carbono lo convierte en un laboratorio natural para estudiar procesos extremos de evolución planetaria.
«¿Se formó como un planeta normal? No, porque su composición es completamente diferente», afirma Zhang. «¿Se formó arrancando las capas externas de una estrella, como ocurre en los sistemas viuda negra habituales? Probablemente no. Es muy difícil imaginar cómo se obtiene esta composición tan extremadamente enriquecida en carbono».
Un origen desconocido
El origen de este exoplaneta con atmósfera de carbono sigue sin explicación convincente.
Roger Romani, de la Universidad de Stanford, propone que en el interior del planeta se forman cristales de carbono puro que ascienden y se mezclan con el helio de la atmósfera.
Este proceso podría explicar parte de la singularidad de este exoplaneta con atmósfera de carbono, aunque deja abiertas muchas preguntas.
Gracias a su visión infrarroja y a su extraordinaria sensibilidad, este descubrimiento solo ha sido posible con el Telescopio Espacial James Webb. No es posible realizar observaciones tan detalladas de un exoplaneta desde la superficie terrestre.
Fuente: NASA’s Webb Observes Exoplanet Whose Composition Defies Explanation
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