Las últimas observaciones de los astrónomos muestran que un exoplaneta rocoso que orbita una estrella similar al Sol a una distancia muy cercana en realidad conserva una atmósfera relativamente espesa. Este resultado subvierte la comprensión tradicional de la gente sobre la evolución de tales planetas. Esta "súper Tierra" llamada TOI-561 b tiene aproximadamente el doble de masa que la Tierra, pero tiene un entorno extremo y se cree que está completamente cubierta por un océano de magma global.

El estudio, dirigido por el Instituto Carnegie para la Ciencia y basado en observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA, es una de las pruebas más sólidas hasta la fecha de la existencia de atmósferas en exoplanetas rocosos. TOI-561 b orbita una estrella que es ligeramente más pequeña y más fría que el sol. La distancia orbital es sólo aproximadamente una cuadragésima parte de la distancia entre Mercurio y el Sol. Por lo tanto, el período orbital es de sólo unas 10,56 horas y un lado siempre está expuesto a la fuerte radiación de la estrella.

Según las teorías existentes, un planeta de tal tamaño y calor extremo debería perder su atmósfera rápidamente después de su formación y convertirse en una "roca desnuda". Sin embargo, al analizar los datos infrarrojos del Telescopio Webb, el equipo descubrió que el planeta está envuelto en una atmósfera bastante espesa, lo que obviamente es inconsistente con las expectativas anteriores para los planetas de períodos ultracortos. Esta atmósfera remanente también ayuda a explicar la densidad promedio inusualmente baja de TOI-561 b: aunque es un planeta rocoso, su densidad general es menor de lo esperado según una composición similar a la de la Tierra.

Johanna Teske, una de las líderes del proyecto y astrónoma de Carnegie Science, señaló que el equipo consideró otra posible explicación al diseñar el plan de observación: el planeta puede tener un núcleo de hierro más pequeño y un manto compuesto de roca de baja densidad, lo que reduce la densidad general. Destacó que TOI-561 b es especial también porque su estrella madre pertenece a la región del disco grueso de la Vía Láctea, tiene aproximadamente el doble de edad que el Sol y es pobre en hierro. Esto significa que el entorno químico cuando se formó el planeta es completamente diferente al del sistema solar y puede representar una muestra típica de los planetas formados en el universo primitivo.

Sin embargo, los componentes internos de la anomalía por sí solos no son suficientes para explicar todos los fenómenos observados. Por lo tanto, el equipo de investigación centró su atención en la posible atmósfera espesa del planeta y especuló que era esta atmósfera la que hacía que el planeta pareciera "más grande", reduciendo así la densidad media calculada. Para probar esta hipótesis, los astrónomos utilizaron el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec) del Telescopio Webb para deducir la temperatura en el lado diurno del planeta midiendo los cambios en el brillo del sistema a medida que "va detrás de la estrella".

Según la teoría, si TOI-561 b es una "roca desnuda" sin atmósfera y no puede transportar calor al lado nocturno, su temperatura en el lado diurno debería estar cerca de unos 4900 grados Fahrenheit (unos 2700 grados Celsius). Las observaciones reales muestran que la temperatura en el lado diurno del planeta es de unos 3.200 grados Fahrenheit (unos 1.800 grados Celsius), lo que sigue siendo muy caliente, pero significativamente más bajo de lo predicho por los modelos sin atmósfera. El equipo de investigación comparó varios escenarios: la convección térmica del propio mar de magma puede transportar calor hasta cierto punto, pero en ausencia de atmósfera, es probable que el lado opuesto a la estrella se haya enfriado y solidificado, lo que limita el transporte de calor al lado nocturno.

Otra hipótesis es que hay una capa extremadamente delgada de vapor de roca sobre el mar de magma en la superficie del planeta, pero los modelos muestran que esa "capa de vapor" por sí sola no es suficiente para producir un efecto de enfriamiento tan significativo. Anjali Piette, académica de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido que participó en el estudio, señaló que para explicar completamente estas observaciones se necesita una atmósfera espesa y rica en volátiles. Los fuertes vientos transportarán el calor del lado diurno al lado nocturno, mientras que gases como el vapor de agua absorberán parte de la radiación del infrarrojo cercano, reduciendo el flujo de luz recibido por el telescopio, haciendo que el planeta parezca "más frío". Las brillantes nubes de silicato también pueden enfriar aún más la atmósfera al reflejar la luz de las estrellas, añadió.

Mientras se confirma la existencia de una atmósfera, surge otra pregunta clave: ¿Cómo puede un planeta tan pequeño y caliente mantener una atmósfera espesa bajo una intensa radiación? Los investigadores creen que si bien parte del gas debe seguir escapando al espacio, la tasa de escape puede ser mucho menor de lo esperado originalmente. Tim Lichtenberg de la Universidad de Groningen en los Países Bajos propuso que existe un equilibrio dinámico entre el mar de magma en la superficie del planeta y la atmósfera: por un lado, el gas se escapa continuamente del interior del planeta para reponer la atmósfera, y por otro lado, el magma "succiona" parte del gas de regreso al interior de la estrella.

A juzgar por las observaciones y las deducciones de los modelos, para mantener tal estado, TOI-561 b debe ser mucho más rico en materiales volátiles que la Tierra, y se le puede llamar vívidamente "una bola de lava húmeda". Teske dijo que el nuevo conjunto de datos no sólo proporciona la primera evidencia clara, sino que también plantea más preguntas nuevas que respuestas, especialmente sobre la formación y evolución a largo plazo de planetas rocosos de períodos ultracortos.

Este resultado es el primer resultado científico del Proyecto de Observación General 3860 del Telescopio Webb. El proyecto continuó observando el sistema TOI-561 durante más de 37 horas, durante las cuales el planeta casi completó cuatro revoluciones. Actualmente, el equipo está analizando más a fondo los datos completos para mapear la distribución circunferencial de la temperatura del planeta y limitar con mayor precisión su composición atmosférica. Los investigadores del Laboratorio Planetario y Terrestre Carnegie han estado profundamente involucrados en el proyecto Webb desde su concepción y ahora han liderado más de diez temas en los primeros cuatro ciclos de observación del telescopio, involucrando muchas direcciones de vanguardia, como las atmósferas de exoplanetas y la formación de galaxias.

Michael Walter, director del Laboratorio Planetario y Terrestre Carnegie, dijo que estos avances son muy consistentes con la acumulación a largo plazo de la agencia en el campo de la evolución y dinámica planetaria, y harán avanzar la comprensión general de la humanidad sobre las características de los exoplanetas. Predice que a medida que se apruebe más tiempo de observación, el próximo año surgirá una nueva ronda de descubrimientos científicos de Webb liderados por el equipo Carnegie. Se ha publicado un artículo de investigación relacionado en "Astrophysics Letters", titulado "Atmósfera volátil gruesa en la súper Tierra ultracaliente TOI-561 b", que detalla los detalles técnicos y las conclusiones de la medición de la temperatura, el modelo atmosférico y la deducción de la estructura interna planetaria.

Compilado de /ScitechDaily