08 May Webb revela una atmósfera sin brumas en el exoplaneta TOI-421 b

El telescopio espacial James Webb ha detectado una atmósfera sin brumas y rica en hidrógeno en el exoplaneta TOI-421 b, desafiando así las teorías previas sobre los exoplanetas sub-Neptunianos.

Los sub-Neptunianos son el tipo de exoplaneta más común en la galaxia, pero su estudio ha estado limitado por atmósferas cubiertas de brumas que dificultan su caracterización.

Gracias al telescopio espacial James Webb, los astrónomos han podido observar por primera vez una atmósfera clara, sin brumas, en el exoplaneta TOI-421 b, un sub-Neptuno caliente que orbita una estrella similar al Sol.

Este descubrimiento revela una atmósfera dominada por hidrógeno y sin rastros de metano en un exoplaneta sub-Neptuniano, aportando nuevas pistas sobre la formación y evolución de estos planetas.

Exoplaneta TOI-421 b: Un Subneptuno peculiar

«Llevaba esperando toda mi carrera profesional el lanzamiento del Webb para poder caracterizar de manera significativa las atmósferas de estos planetas más pequeños», afirma Eliza Kempton, investigadora principal de la Universidad de Maryland, College Park. «Al estudiar sus atmósferas, estamos entendiendo mejor cómo se formaron y evolucionaron los subneptunos, y parte de esa comprensión implica saber por qué no existen en nuestro sistema solar».

Nadie esperaba encontrar subneptunos antes de que fueran descubiertos por el ya retirado telescopio espacial Kepler de la NASA en la última década. Ahora, los astrónomos tratan de entender de dónde vienen estos planetas y por qué son tan frecuentes.

Aunque los subneptunos son varias veces más grandes que la Tierra, siguen siendo mucho más pequeños que los gigantes gaseosos y suelen ser más fríos que los llamados «Júpiteres calientes», lo que los hace mucho más difíciles de observar.

Un hallazgo clave previo al Webb fue que la mayoría de las atmósferas de los subneptunos mostraban espectros de transmisión planos o sin rasgos.

Es decir, al observar el espectro del planeta al pasar frente a su estrella anfitriona, en lugar de detectar características espectrales, los científicos solo veían una línea plana. De ello se concluyó que al menos ciertos subneptunos estaban probablemente muy cubiertos por nubes o neblinas.

Una atmósfera despejada

«¿Por qué observamos este planeta, TOI-421 b? Porque pensábamos que quizá no tendría neblina», explica Kempton. «Y la razón es que existían datos previos que sugerían que los planetas por encima de un cierto rango de temperatura estaban menos cubiertos por neblinas o nubes que otros».

Ese umbral de temperatura se sitúa en torno a los 577 grados Celsius. Por debajo de ese valor, se sospecha que ocurren reacciones fotoquímicas complejas entre la luz solar y el metano, lo que desencadenaría la formación de neblina.

Pero en planetas más calientes no debería haber metano, y, por tanto, tal vez tampoco neblina.

El exoplaneta TOI-421 b tiene una temperatura aproximada de 727 grados Celsius, claramente por encima del umbral. Sin neblina ni nubes, los investigadores esperaban observar una atmósfera despejada. Y así fue.

Un hallazgo sorprendente

«Vimos características espectrales atribuibles a varios gases, lo que nos permitió determinar la composición de su atmósfera», explica Brian Davenport, estudiante de doctorado en la Universidad de Maryland y principal responsable del análisis de datos. «En muchos de los subneptunos observados hasta ahora, sabemos que sus atmósferas están compuestas de algo, pero esas señales están bloqueadas por la neblina».

El equipo detectó vapor de agua en la atmósfera del planeta, así como posibles indicios de monóxido de carbono y dióxido de azufre. También identificaron gases ausentes, como el metano y el dióxido de carbono.

A partir de los datos, se infiere además que la atmósfera del exoplaneta TOI-421 b contiene una gran cantidad de hidrógeno. La presencia de una atmósfera ligera dominada por hidrógeno fue toda una sorpresa.

«Recientemente, nos habíamos acostumbrado a la idea de que los primeros subneptunos observados por el Webb tenían atmósferas con moléculas pesadas, así que esa era nuestra expectativa, y entonces encontramos lo contrario», dice Kempton.

Este hecho sugiere que el exoplaneta TOI-421 b pudo haberse formado y evolucionado de forma distinta a los subneptunos más fríos observados anteriormente.

¿Es el exoplaneta TOI-421 b un caso único?

Su atmósfera rica en hidrógeno también resulta interesante porque imita la composición de su estrella anfitriona.

«Si uno tomara el mismo gas que formó la estrella, colocándolo en la atmósfera del planeta, y luego lo enfriara hasta la temperatura de TOI-421 b, obtendría la misma combinación de gases. Ese proceso se asemeja más al de los planetas gigantes de nuestro sistema solar y es diferente del observado en otros subneptunos estudiados hasta ahora con el Webb», añade Kempton.

A diferencia de otros subneptunos observados con el Webb, TOI-421 b orbita una estrella parecida al Sol. La mayoría de los demás subneptunos estudiados hasta ahora orbitan enanas rojas, estrellas más pequeñas y frías.

¿Representa el exoplaneta TOI-421 b un ejemplo típico de subneptuno caliente que orbita estrellas similares al Sol, o simplemente refleja la gran diversidad de los exoplanetas?

Para resolver esta cuestión, los investigadores deben observar más subneptunos calientes y determinar si este caso es único o parte de una tendencia general. Esto podría proporcionar nuevas claves sobre la formación y evolución de estos planetas tan comunes.

«Hemos desbloqueado una nueva forma de estudiar los subneptunos», concluye Davenport. «Estos planetas de alta temperatura permiten una caracterización más sencilla. Así que, al observar subneptunos en este rango térmico, es probable que podamos acelerar nuestro conocimiento sobre ellos».

Fuente: NASA’s Webb Lifts Veil on Common but Mysterious Type of Exoplanet