Artículo traducido de JPL-NASA.
Los científicos ahora descubrirán la evidencia más fuerte de una estratosfera en un planeta fuera de nuestro sistema solar, o exoplaneta. La estratosfera es una capa de la atmósfera en la que la temperatura aumenta con la altitud.
«Este resultado es emocionante porque muestra que una característica común a la mayoría de las atmósferas de nuestro sistema solar, una estratosfera cálida, también se puede encontrar en las atmósferas de los exoplanetas», dice el coautor del estudio Mark Marley, con sede en el Centro de Investigación Ames de la NASA. en el Silicon Valley de California. «Ahora podemos comparar los procesos en las atmósferas de los exoplanetas con los mismos procesos que ocurren bajo diferentes conjuntos de condiciones en nuestro propio sistema solar».
Informado en la revista Nature, los científicos utilizarán datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA para estudiar WASP-121b, un tipo de exoplaneta llamado «quent Júpiter». Su masa es 1,2 veces la de Júpiter y su radio es aproximadamente 1,9 veces el de Júpiter. Pero mientras Júpiter orbita nuestro Sol una vez cada 12 años, WASP-121b tiene un período orbital de solo 1,3 días. Este exoplaneta está tan cerca de su estrella que, quizás más cerca, la gravedad de la estrella lo destrozaría. También significa que la parte superior de la atmósfera del planeta se calienta a una temperatura de 2.500 grados centígrados, lo suficientemente caliente como para hervir ciertos metales. El sistema WASP-121 está a unos 900 años luz de la Tierra, más abajo, más cerca de los parientes galácticos.
Investigaciones anteriores han encontrado posibles signos de una estratosfera WASP-33b no exoplanetaria, así como otros Júpiter recientes. El nuevo estudio presenta la mejor evidencia debido a la presencia de moléculas de agua que los investigadores observaron por primera vez.
«Les modèles théoriques suggéreraient que les stratosphères pourraient définir une classe distincte de planètes ultra-chaudes, avec des implications importantes pour leur physique et leur chimie atmosphériques», a déclaré Tom Evans, auteur principal et chercheur à l’Université d’Exeter, au Reino Unido. «Nuestras observaciones respaldan este escenario».
Para estudiar la estratosfera de WASP-121b, los científicos analizarán cómo las diferentes moléculas en la atmósfera responden a ciertas compresiones de ondas de luz, utilizando las herramientas de espectroscopia de Hubble. El vapor de agua en la atmósfera del planeta, por ejemplo, se comporta de manera predecible en respuesta a ciertas compresiones de ondas de luz, dependiendo de la temperatura del agua.
La luz de las estrellas es capaz de penetrar profundamente en la atmósfera de un planeta, donde alcanza la temperatura del gas. Este gas irradia su calor y no el espacio en forma de luz infravermelha. Sin embargo, se liberará vapor de agua más frío a la atmósfera, ya que las moléculas de agua evitan que ciertas compresiones de ondas de luz escapen al espacio. Pero si las moléculas de agua no tienen una temperatura más alta en la atmósfera, brillarán con la misma compresión de onda.
«La emisión de luz del agua significa que la temperatura aumenta con la altitud», dice la coautora del estudio Tiffany Kataria, con sede en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. «Esperamos explorar cuánto de este comportamiento persiste con futuras observaciones del Hubble».
Este fenómeno es similar a lo que ocurre con las luces artificiales, que obtienen sus núcleos de sustancias químicas que emiten luz. Cuando las sustancias metálicas se calientan y vaporizan, sus electrones se mueven a estados de mayor energía. Dependiendo del material, estos electrones emiten luz en compresiones de ondas específicas cuando pierden energía: el sodio produce amarillo y naranja, o el estroncio produce vermelho en este proceso, por ejemplo. Las moléculas de agua en la atmósfera de WASP-121b también liberan radiación a medida que pierden energía, pero en forma de luz infrarroja, que el ojo humano no puede detectar.
En la estratosfera terrestre, el gas ozono elimina la radiación ultravioleta del Sol o aumenta la temperatura de esta capa de la atmósfera. Otros cuerpos del sistema solar también tienen estratosferas; El metano es responsable del aquecimento en las estratosferas de Júpiter y la lua Titã de Saturno, por ejemplo.
En los planetas del sistema solar, el cambio de temperatura dentro de una estratosfera suele ser de alrededor de 56 grados centígrados. En WASP-121b, la temperatura en la estratosfera aumenta en 560 grados centígrados. Los científicos aún no saben qué productos químicos causan el aumento de la temperatura atmosférica de WASP-121b. El óxido de vanadio o el óxido de titanio son candidatos, como se ve comúnmente en las «estrellas fugaces» marrones que parecen exoplanetas. Se espera que tales abonos estén presentes justo antes de dos Júpiter recientes, una vez que se necesiten altas temperaturas para mantenerlos gaseosos.
«Este exoplaneta supercaliente será un punto de referencia para nuestros modelos atmosféricos, y será un excelente objetivo de observación cuando entremos en la era Webb», dice la coautora del estudio, Hannah Wakeford, que trabaja en esta investigación en Goddard Space. del Centro de Vuelo de la NASA, Greenbelt, Maryland.