Las últimas observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA muestran la existencia de extrañas nubes compuestas de sal alrededor de un exoplaneta apodado el "Planeta Rosa", proporcionando evidencia directa de la estructura atmosférica de uno de los compañeros planetarios más fríos del universo y resolviendo un misterio que ha desconcertado a la comunidad astronómica durante más de una década. La investigación relevante fue dirigida por la Universidad Northwestern y publicada en el Astronomical Journal el 18 de junio.
El "planeta rosa", oficialmente designado GJ 504 b, fue descubierto por primera vez en 2013 y orbita alrededor de una estrella similar al Sol a unos 57 años luz de la Tierra. A pesar de su apodo de "planeta", los científicos no están del todo seguros de si debería clasificarse como un verdadero planeta: con aproximadamente 25 veces la masa de Júpiter, está cerca de la línea divisoria entre planetas gigantes y enanas marrones, por lo que los investigadores lo llaman con más cautela un "compañero de masa planetaria", un objeto parecido a un planeta que orbita una estrella.
GJ 504 b ha sido difícil de estudiar durante mucho tiempo debido a su temperatura extremadamente baja y su débil brillo. La mayoría de los exoplanetas de los que se han fotografiado directamente hasta ahora tienen temperaturas de aproximadamente 1.000 a 2.000 grados Fahrenheit (aproximadamente 538 a 1.093 grados Celsius), mientras que GJ 504 b tiene solo aproximadamente 550 grados Fahrenheit (aproximadamente 290 grados Celsius), aproximadamente la misma temperatura que el pan cocido en un horno. El equipo de investigación analizó que este estado relativamente "frío" refleja su vejez: los planetas gigantes son extremadamente calientes cuando nacen, pero se enfrían gradualmente a lo largo de miles de millones de años. Se estima que la edad de GJ 504 b es de entre 2.500 y 4.000 millones de años.
Aneesh Baburaj, investigador postdoctoral del Centro de Astrofísica (CIERA) de la Universidad Northwestern que dirigió la investigación, señaló que "el planeta rosa es el objeto estelar compañero más frío descubierto utilizando instrumentos terrestres". Durante la última década, muchos equipos han intentado utilizar los telescopios terrestres más grandes del mundo para realizar observaciones de seguimiento para obtener espectros atmosféricos, pero todos han fracasado porque los objetivos son demasiado débiles. En comparación, el telescopio espacial James Webb, con sus capacidades de observación infrarroja altamente sensibles, pudo separar con éxito el espectro atmosférico de esta estrella compañera en aproximadamente dos horas de observación, convirtiéndose en una nueva herramienta clave para estudiar estos "mundos fríos y oscuros".
En esta observación, los investigadores utilizaron JWST para realizar imágenes de alto contraste de la estrella principal y su estrella compañera, y utilizaron métodos avanzados de procesamiento de datos para eliminar el fuerte resplandor de la estrella madre y, finalmente, extrajeron la señal espectral emitida por la propia estrella compañera. Al dividir la luz en diferentes longitudes de onda, los científicos pueden analizar las "huellas dactilares" químicas en la atmósfera para inferir los tipos de elementos y moléculas presentes en ella. Después de obtener con éxito el espectro, el equipo rápidamente se dio cuenta de que las características atmosféricas del "planeta rosa" eran "muy diferentes de cualquier cosa analizada antes", dijo Baburaj.
Los resultados del análisis espectral muestran que la atmósfera de GJ 504 b contiene vapor de agua, metano, dióxido de carbono, amoníaco y una variedad de otros componentes moleculares. Sin embargo, cuando el equipo de investigación comparó estas observaciones con los modelos atmosféricos existentes, inicialmente apenas pudieron coincidir con los datos cuando se introdujeron condiciones extremas poco realistas, lo que claramente contradecía el sentido común en física. El verdadero avance se produjo después de que los científicos comenzaron a agregar nubes a sus simulaciones: cuando se introdujeron diferentes tipos de nubes en el modelo y se probaron sus efectos en el espectro uno por uno, el modelo de nube de sal coincidió con los datos medidos mucho mejor que otras opciones.
El estudio señala que estas nubes de sal pueden haber oscurecido las capas más profundas de la atmósfera del planeta, provocando que las señales espectrales eventualmente detectadas por JWST provengan principalmente de regiones por encima o cerca de las nubes, cambiando así las características de absorción y dispersión molecular. Baburaj dijo: "Después de agregar nubes a la simulación, los resultados comenzaron a ser consistentes con nuestra comprensión teórica de los planetas fríos; probamos tres tipos diferentes de nubes y el esquema de nubes saladas fue el que mejor se adaptó". Después de considerar la influencia de las nubes de sal, las características de las moléculas atmosféricas escondidas en capas más profundas se debilitaron moderadamente y el modelo espectral finalmente se volvió físicamente razonable.
Se cree que este trabajo es la primera evidencia directa de la existencia de nubes de sal en la atmósfera de un objeto de masa planetaria frío, y también verifica una clase de predicciones teóricas propuestas por la comunidad científica hace más de una década. Al mismo tiempo, las observaciones también muestran que GJ 504 b es inusualmente rico en elementos pesados (elementos distintos del hidrógeno y el helio a los que los astrónomos se refieren colectivamente como “metales”), lo que puede significar que su proceso de formación es diferente al de los planetas gigantes ordinarios. Basándose en los datos existentes, el equipo de investigación todavía no puede determinar si el cuerpo celeste se parece más a un "planeta gigante" formado por la agregación de discos planetarios, o si se parece más a una pequeña estrella o a una enana marrón formada por un colapso gravitacional. La cuestión de su origen aún requiere un estudio más profundo.
Los investigadores enfatizaron que el método demostrado por el telescopio James Webb en este estudio abrirá una nueva ventana para explorar más objetos débiles y fríos similares. Júpiter, por ejemplo, tiene espesas nubes de hielo de amoníaco que cubren su atmósfera superior, pero los instrumentos existentes aún no pueden observar estas estructuras de nubes con un nivel de detalle similar al de GJ 504 b. Hoy en día, la detección exitosa de nubes de sal en la atmósfera de GJ 504 b muestra que los astrónomos están ampliando constantemente los tipos de mundos fríos que pueden estudiarse en detalle, proporcionando una referencia importante para futuras exploraciones de nubes y estructuras atmosféricas dentro y fuera del sistema solar.
Baburaj señaló que esta es la primera vez que se descubre que las nubes de sal desempeñan un "papel crítico" en la interpretación del espectro de un objeto frío de masa planetaria, lo que tiene importantes implicaciones para la construcción y corrección de modelos atmosféricos. Recordó: "Este es un recordatorio importante: la presencia y el impacto de las nubes deben considerarse más sistemáticamente en las simulaciones". A medida que JWST continúa realizando imágenes de alto contraste y observaciones espectroscópicas, los científicos esperan que se estudien en profundidad más exocompañeros fríos y oscuros como GJ 504 b, lo que ayudará a los humanos a comprender de manera más integral los diversos planetas y mundos subestelares del universo.