El telescopio espacial James Webb descubre un exoplaneta donde llueve arena

El poderoso telescopio espacial James Webb de la NASA sigue sorprendiendo en la caza de nuevos mundos fuera de nuestro Sistema Solar a fin de conocerlos, observarlos y comprender qué sucede en su atmósfera para finalmente saber si puede existir la capacidad de albergar la vida tal cual la conocemos.

Ahora, la NASA comunicó que el James Webb reveló la existencia de un planeta gaseoso donde caen gotas de arena en forma de lluvia. Se trata del planeta Wasp-107b que se encuentra a 200 años luz de distancia, en la constelación de Virgo, y ya había llamado la atención de los astrónomos porque es muy grande pero muy ligero, lo que le valió el sobrenombre de planeta “algodón de azúcar”. Tiene una masa similar a la de Neptuno pero mucho más grande, casi como Júpiter, lo que hace que el planeta sea bastante “esponjoso” comparado con los gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar.

Su extraordinaria esponjosidad permitió un equipo de astrónomos observar su atmósfera y desentrañar su compleja composición química (las características espectrales son mucho más prominentes en una atmósfera menos densa que en una más compacta).

El hallazgo, realizado por un equipo de astrónomos europeos codirigido por el Instituto de Astronomía de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica), ha sido posible gracias a MIRI, el instrumento del James Webb que permite observar el universo en el infrarrojo cercano y medio y ver objetos fríos, objetos muy lejanos -como las primeras galaxias- y objetos ocultos por el polvo.

Según el estudio, cuyos detalles fueron publicados en Nature, en la atmósfera de WASP-107b hay vapor de agua, dióxido de azufre (SO2) y nubes de silicato. Además, no hay rastro del gas de efecto invernadero metano, dato que proporciona información esencial sobre la dinámica y la química del planeta. El hallazgo del dióxido de azufre fue una sorpresa, dado que los modelos previos al estudio habían predicho que no habría. Pero, aunque su estrella anfitriona emite una fracción relativamente pequeña de fotones de alta energía, la naturaleza esponjosa del planeta permite que estos fotones lleguen a las profundidades de la atmósfera y produzcan las reacciones químicas necesarias para generar dióxido de azufre.

Además, el equipo ha observado que tanto las características espectrales del dióxido de azufre como las del vapor de agua están significativamente disminuidas en comparación con lo que serían en un escenario sin nubes.

“Nuestro conocimiento de otros planetas se basa en lo que sabemos de la Tierra”, dijo el profesor Leen Decin, del Instituto Católico (KU) de Lovaina y primer autor de la investigación. “Y ese es un conocimiento muy restringido”. El planeta fue descubierto en 2017 después de que los astrónomos detectaran un revelador parpadeo periódico de luz de su estrella anfitriona cada vez que el planeta pasaba frente a él. “Es como una mosca delante de una farola. Se ve una ligera atenuación de la luz”, comentó el experto.

Pero el gran telescopio James Webb lleva estas observaciones al siguiente nivel midiendo la luz de las estrellas que se filtra a través de la atmósfera del planeta. Debido a que diferentes elementos absorben diferentes longitudes de onda de luz, el espectro de la luz de las estrellas indica qué gases están presentes.

“Es un gran planeta porque es muy esponjoso. Es uno de los planetas más esponjosos que existen y es de ellos de los que podemos obtener estas grandes señales cuando miramos su atmósfera”, indicó Joanna Barstow, científica planetaria de la Open University que está trabajando en mediciones JWST separadas del mismo planeta. “Hemos estado trabajando en predicciones durante los últimos 10 años, pero nada nos ha preparado para lo que realmente estamos viendo, tanto para lo que estamos descubriendo como para la calidad de los datos. Ha sido realmente emocionante”, remarcó.

La atmósfera del planeta presentaría algo parecido al ciclo del agua de la Tierra, pero en cambio con arena cíclica entre estados sólidos y gaseosos. Desde los niveles más cálidos e inferiores de la atmósfera, con temperaturas cercanas a los 1.000 °C, el vapor de silicato se elevaría, se enfriaría y formaría granos de arena microscópicos, demasiado pequeños para verlos. Con el tiempo, estas nubes de polvo de arena se volverían lo suficientemente densas como para comenzar a llover hacia las capas inferiores de la atmósfera. Por debajo de cierto nivel, la arena se sublimaría nuevamente hasta convertirse en vapor, completando el ciclo.

“Las nubes serían como un polvo brumoso. Y estas partículas de arena fluyen a una velocidad extremadamente alta. A unos pocos kilómetros por segundo”, remarcó Decin. ¿Cómo es posible que estas nubes de arena existan a gran altitud y sigan perdurando?

Según el autor principal, Michiel Min, que se vean “estas nubes de arena a gran altura en la atmósfera debe significar que las gotas de lluvia de arena se evaporan en capas más profundas, muy calientes, y el vapor de silicato resultante se desplaza eficazmente de nuevo hacia arriba, donde se recondensa para formar nubes de silicato una vez más. Esto es muy similar al ciclo del vapor de agua y las nubes en nuestra Tierra, pero con gotas hechas de arena”.

Este continuo ciclo de sublimación y condensación a través del transporte vertical es responsable de la presencia duradera de nubes de arena en la atmósfera de WASP-107b, concluye el estudio. La investigación no solo arroja luz sobre el exótico mundo de WASP-107b, sino que también amplía los límites de nuestra comprensión de las atmósferas exoplanetarias y marca un hito en la exploración exoplanetaria, al revelar la intrincada interacción de las sustancias químicas y las condiciones climáticas en estos mundos distantes.

“JWST está revolucionando la caracterización de exoplanetas, proporcionando información sin precedentes a una velocidad extraordinaria”, concluyó Decin, de la Universidad Católica de Lovaina.

Un objetivo central del telescopio espacial James Webb es analizar las atmósferas de planetas distantes y buscar gases con firma biológica que puedan indicar la presencia de vida. Wasp-107b no se considera un candidato probable, dado su clima de 1.000 °C y la falta de una superficie sólida. “Es absolutamente hostil, no para nosotros”, afirmó Decin.

Las observaciones de las atmósferas de planetas rocosos del tamaño de la Tierra serán más desafiantes porque, si tienen atmósfera, ésta tiende a ser más delgada y densa. Sin embargo, el nivel de detalle que se obtiene de objetivos como Wasp-107b se considera una señal alentadora.

“El universo tiene tantas sorpresas. Imagino que puede haber varias formas alternativas de que se forme vida en otro planeta. Podría ser muy diferente de algo que conoces aquí en la Tierra. Tenemos que ampliar nuestra imaginación”, concluyó Decin.