Amaneceres y atardeceres eternos: qué descubrió el telescopio James Webb en un mundo distante

El telescopio espacial James Webb de la NASA inició una investigación sin precedentes sobre los amaneceres y atardeceres eternos en exoplanetas distantes. Se trata de un estudio pionero que se centra en mundos que orbitan cerca de sus estrellas anfitrionas y enfrentan condiciones extremas de calor y radiación. Gracias a estas observaciones, los astrónomos esperan conocer más detalles sobre la composición atmosférica y la habitabilidad de estos planetas, un avance significativo en la comprensión de los entornos planetarios más allá de nuestro sistema solar.

“Los investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han confirmado finalmente lo que los modelos habían predicho previamente: un exoplaneta tiene diferencias entre su atmósfera eternamente matutina y eternamente vespertina. WASP-39 b, un planeta gigante con un diámetro 1,3 veces mayor que Júpiter, pero con una masa similar a la de Saturno, que orbita una estrella a unos 700 años luz de la Tierra, está bloqueado por mareas con su estrella madre”, afirmaron desde la NASA en un comunicado.

En ese sentido, destacaron que esto significa que este exoplaneta “tiene un lado diurno constante y un lado nocturno constante”, es decir, que un lado siempre está expuesto a su estrella, mientras que el otro siempre está envuelto en oscuridad. Ahora, con su avanzada tecnología de infrarrojos, el telescopio Webb ha capturado datos detallados sobre estas atmósferas, como los patrones de temperatura y la composición química. De este modo, los expertos pueden estudiar los cambios atmosféricos que ocurren en estos ciclos, siendo que los hallazgos iniciales sugieren la presencia de moléculas complejas y dinámicas atmosféricas que desafían las teorías actuales sobre la formación y evolución planetaria.

Este proyecto de investigación del telescopio Webb busca ampliar el conocimiento sobre los exoplanetas y tiene implicaciones significativas para la búsqueda de vida extraterrestre, ya que analizar estas variaciones planetarias pueden permitir a los científicos identificar indicios de procesos biológicos y condiciones habitables.

De acuerdo al comunicado de prensa emitido por la NASA, para poder realizar este estudio que fue publicado en Nature, los científicos utilizaron un espectrógrafo de infrarrojo cercano NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb, que les permitió confirmar “una diferencia de temperatura entre la eterna mañana y la eterna tarde en WASP-39 b, y la tarde parece ser unos 200 grados Celsius más cálida. También encontraron evidencia de una cobertura de nubes diferente, y es probable que la parte del planeta donde siempre hay mañana sea más nublada que la tarde”.

Los astrónomos estudiaron el espectro de transmisión de 2 a 5 micrones de WASP-39 b, una técnica que analiza el terminador del exoplaneta, es decir, la línea que separa el lado diurno del lado nocturno. Compararon la luz estelar filtrada a través de la atmósfera del planeta cuando pasa frente a la estrella con la luz estelar sin filtrar cuando el planeta está al lado de la estrella. Esta comparación les permitió obtener información sobre la temperatura, composición y otras propiedades de la atmósfera del planeta.

Néstor Espinoza, investigador de exoplanetas del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial y autor principal del estudio, afirmó: “WASP-39 b se ha convertido en una especie de planeta de referencia en el estudio de la atmósfera de exoplanetas con Webb. Tiene una atmósfera inflada y esponjosa, por lo que la señal que proviene de la luz de las estrellas filtrada a través de la atmósfera del planeta es bastante fuerte”.

Los espectros Webb de la atmósfera de WASP-39b publicados anteriormente revelaron dióxido de carbono, dióxido de azufre, vapor de agua y sodio en el límite entre el día y la noche, sin diferenciar entre ambos lados. El nuevo análisis, entonces, divide este límite en dos semicírculos, correspondientes a la tarde y la mañana. Los datos muestran que la tarde es significativamente más calurosa, con unos 1.450 grados Fahrenheit (800 grados Celsius), mientras que la mañana es relativamente más fría, con 1.150 grados Fahrenheit (600 grados Celsius).

“Es realmente sorprendente que seamos capaces de analizar esta pequeña diferencia, y esto solo es posible gracias a la sensibilidad del Webb en longitudes de onda del infrarrojo cercano y a sus sensores fotométricos extremadamente estables”, afirmó Espinoza en el comunicado de prensa emitido por la NASA. Y agregó: “Cualquier pequeño movimiento en el instrumento o en el observatorio mientras se recopilan datos habría limitado gravemente nuestra capacidad para realizar esta detección. Debe ser extraordinariamente preciso, y el Webb lo es”.

El modelado exhaustivo de los datos obtenidos permite a los investigadores investigar la estructura de la atmósfera de WASP-39 b, la cubierta de nubes y la razón por la cual la noche es más calurosa. Aunque futuros estudios examinarán cómo la cubierta de nubes afecta la temperatura, los astrónomos confirmaron que la circulación de gas alrededor del planeta es la principal causa de la diferencia de temperatura en WASP-39 b. En este exoplaneta, el gas más caliente del lado diurno se mueve hacia el lado nocturno a través de una corriente en chorro ecuatorial, lo que genera vientos de alta velocidad debido a la significativa diferencia de presión del aire.

Los astrónomos, debido a los modelos de circulación general, descubrieron que en WASP-39 b los vientos predominantes se mueven desde el lado nocturno hacia el lado diurno y de vuelta. Esto hace que el terminador matutino sea más frío que el vespertino, ya que recibe aire enfriado del lado nocturno, mientras que el lado vespertino recibe aire caliente del lado diurno. Las velocidades del viento en WASP-39 b podrían alcanzar miles de millas por hora.

En ese sentido, Espinoza afirmó: “Este análisis también es particularmente interesante porque se obtiene información en 3D sobre el planeta que no se obtenía antes. Como podemos decir que el borde nocturno es más caliente, eso significa que está un poco más hinchado. Por lo tanto, teóricamente, hay un pequeño oleaje en el terminador que se acerca al lado nocturno del planeta”.

Ahora, los investigadores planean utilizar el mismo método de análisis para estudiar las diferencias atmosféricas de otros Júpiter calientes bloqueados por mareas, como parte del Programa de Observadores Generales del Ciclo Webb 2; siendo que WASP-39 b fue uno de los primeros objetivos analizados por Webb al iniciar sus operaciones científicas en 2022