El Hubble detecta la primera estratosfera de un exoplaneta · El Hubble detecta la primera...

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El Hubble detecta la primera estratosfera de un exoplaneta Un equipo internacional, liderado por la Universidad de Exeter y en el que participa el CAB, ha encontrado pruebas inequívocas de una estratosfera en un planeta gigante fuera de nuestro Sistema Solar, con una atmósfera tan caliente como para fundir el hierro. 3-08-2017 Un equipo internacional de investigadores, liderado por la Universidad de Exeter y en el que participa el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), ha hecho el descubrimiento observando con el telescopio espacial Hubble de la NASA la intensa emisión del vapor de agua de la atmósfera del exoplaneta WASP-121b. WASP-121b, localizado a unos 900 años-luz de la Tierra, es un exoplaneta gigante gaseoso comúnmente conocido como "Júpiter caliente", aunque su masa y radio son mayores que las de Júpiter. El exoplaneta orbita su estrella anfitriona cada 1,3 días, y está situado, aproximadamente, a la distancia mínima a la que podría estar antes de que la gravedad de la estrella comenzara a “romperlo”. Al estar tan cerca de la estrella, las capas superiores de la atmósfera llegan a alcanzar los 2500 Kelvin (unos 2230ºC), ¡una temperatura a la que el hierro no estaría en estado sólido sino gaseoso! Con el fin de estudiar la atmósfera del gigante gaseoso los científicos utilizaron la espectroscopia para analizar el brillo del planeta en diferentes longitudes de onda de la luz. En particular, el vapor de agua en la atmósfera del planeta se comporta de manera predecible en respuesta a ciertas longitudes de onda de luz incidente, dependiendo de la temperatura. A temperaturas más bajas, el vapor de agua bloquea el paso de la luz, absorbiéndola. Pero a temperaturas más altas, las moléculas de agua emiten luz en lugar de absorberla. Se ha observado que las moléculas de agua que hay en la atmósfera de WASP-121b emiten radiación en forma de luz infrarroja, que el ojo humano es incapaz de detectar. La observación de la emisión procedente del vapor de agua es la prueba inequívoca de la presencia de una estratosfera. Eso indica que el vapor de agua está más caliente que lo que hay en capas inferiores. Se define la estratosfera como la capa que está entre la troposfera (más cerca de la superficie) y la mesosfera (más cerca del espacio), y tiene la peculiaridad de que la temperatura aumenta con la altitud (lo normal sería que disminuyese). En la estratosfera terrestre, el ozono absorbe la radiación ultravioleta procedente del Sol, siendo el responsable del aumento de temperatura de esta capa atmosférica. En otros cuerpos del Sistema Solar, como Júpiter o la luna de Saturno Titán, el metano es el responsable del calentamiento de sus estratosferas. En los planetas del Sistema Solar, la variación típica de temperatura dentro de la estratosfera es de menos de 100 grados. Sin embargo, en WASP-121b, la temperatura en la estratosfera se eleva más de 1000 grados. Para desentrañar este misterioso aumento de temperatura serán necesarias nuevas observaciones en otras longitudes de onda, como ultravioleta y rayos X. Precisamente Jorge Sanz-Forcada, investigador del CAB y uno de los coautores del trabajo, se encarga de las observaciones de rayos X, con objeto de

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El Hubble detecta la primera estratosfera de un exoplaneta

Un equipo internacional, liderado por la Universidad de Exeter y en el que participa el CAB, ha encontrado pruebas inequívocas de una estratosfera en un planeta gigante fuera de nuestro Sistema Solar, con una atmósfera tan caliente

como para fundir el hierro.

3-08-2017

Un equipo internacional de investigadores, liderado por la Universidad de Exeter y en el que participa el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), ha hecho el descubrimiento observando con el telescopio espacial Hubble de la NASA la intensa emisión del vapor de agua de la atmósfera del exoplaneta WASP-121b.

WASP-121b, localizado a unos 900 años-luz de la Tierra, es un exoplaneta gigante gaseoso comúnmente conocido como "Júpiter caliente", aunque su masa y radio son mayores que las de Júpiter. El exoplaneta orbita su estrella anfitriona cada 1,3 días, y está situado, aproximadamente, a la distancia mínima a la que podría estar antes de que la gravedad de la estrella comenzara a “romperlo”. Al estar tan cerca de la estrella, las capas superiores de la atmósfera llegan a alcanzar los 2500 Kelvin (unos 2230ºC), ¡una temperatura a la que el hierro no estaría en estado sólido sino gaseoso!

Con el fin de estudiar la atmósfera del gigante gaseoso los científicos utilizaron la espectroscopia para analizar el brillo del planeta en diferentes longitudes de onda de la luz. En particular, el vapor de agua en la atmósfera del planeta se comporta de manera predecible en respuesta a ciertas longitudes de onda de luz incidente, dependiendo de la temperatura. A temperaturas más bajas, el vapor de agua bloquea el paso de la luz, absorbiéndola. Pero a temperaturas más altas, las moléculas de agua emiten luz en lugar de absorberla. Se ha observado que las moléculas de agua que hay en la atmósfera de WASP-121b emiten radiación en forma de luz infrarroja, que el ojo humano es incapaz de detectar. La observación de la emisión procedente del vapor de agua es la prueba inequívoca de la presencia de una estratosfera. Eso indica que el vapor de agua está más caliente que lo que hay en capas inferiores.

Se define la estratosfera como la capa que está entre la troposfera (más cerca de la superficie) y la mesosfera (más cerca del espacio), y tiene la peculiaridad de que la temperatura aumenta con la altitud (lo normal sería que disminuyese). En la estratosfera terrestre, el ozono absorbe la radiación ultravioleta procedente del Sol, siendo el responsable del aumento de temperatura de esta capa atmosférica. En otros cuerpos del Sistema Solar, como Júpiter o la luna de Saturno Titán, el metano es el responsable del calentamiento de sus estratosferas. En los planetas del Sistema Solar, la variación típica de temperatura dentro de la estratosfera es de menos de 100 grados. Sin embargo, en WASP-121b, la temperatura en la estratosfera se eleva más de 1000 grados. Para desentrañar este misterioso aumento de temperatura serán necesarias nuevas observaciones en otras longitudes de onda, como ultravioleta y rayos X. Precisamente Jorge Sanz-Forcada, investigador del CAB y uno de los coautores del trabajo, se encarga de las observaciones de rayos X, con objeto de

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entender cómo influye la radiación de altas energías en la atmósfera de estos planetas.

Los posibles candidatos que se barajan para explicar este extraordinario calentamiento son el óxido de vanadio y el óxido de titanio, pues en forma gaseosa absorben fuertemente la luz de las estrellas en las longitudes de onda visibles, de manera similar a como el ozono terrestre absorbe la radiación ultravioleta solar. Se espera que estos compuestos estén presentes en los Júpiter súper-calientes, tales como WASP-121b, cuyas atmósferas pueden alcanzar las altas temperaturas que se requieren para mantenerlos en estado gaseoso. De hecho, el óxido de vanadio y el óxido de titanio se observan normalmente en las estrellas enanas marrones, esas "estrellas fallidas" que presentan similitudes con los exoplanetas.

El estudio de este exoplaneta representa un punto de referencia para el estudio de atmósferas planetarias, y constituye el objetivo del próximo telescopio espacial James Webb de la NASA, que será capaz de estudiar las atmósferas de exoplanetas como WASP-121b con una sensibilidad sin precedentes.

Sobre el CAB

El Centro de Astrobiología (CAB) es un centro de investigación mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). Creado en 1999, y asociado al NASA Astrobiology Institute (NAI), fue el primer centro del mundo dedicado específicamente a la investigación astrobiológica. Su objetivo es estudiar, desde una perspectiva transdisciplinar, el origen, presencia e influencia de la vida en el universo.

En el centro trabajan biólogos, químicos, geólogos, astrofísicos, planetólogos, ingenieros, informáticos, físicos y matemáticos, entre otros. Además de todo lo que tiene que ver con la comprensión del fenómeno de la vida tal y como lo conocemos (su emergencia, condiciones de desarrollo, adaptabilidad a ambientes extremos, etc.), también involucra la búsqueda de vida fuera de la Tierra (exobiología) y sus derivaciones, como son la exploración espacial (planetología) y la habitabilidad. El desarrollo de instrumentación avanzada es también uno de sus objetivos fundamentales.

Actualmente, más de 120 investigadores y técnicos trabajan en el CAB en diferentes proyectos científicos tanto nacionales como internacionales. En el CAB se ha desarrollado el instrumento REMS (Rover Environmental Monitoring Station), una estación medioambiental a bordo de la misión Mars Science Laboratory (MSL) de la NASA que explora actualmente Marte. También participa en las próximas misiones a Marte tanto de la NASA (instrumentos TWINS para InSight y MEDA para Mars2020) como de la Agencia Espacial Europea, ESA (instrumento RLS para ExoMars2020).

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Más información

Figura. Imagen artística del planeta WASP 121b. La forma “abombada” del planeta es debida a las intensas fuerzas de marea que ejerce la estrella. © Engine House VFX, At-Bristol Science Centre, University of Exeter

Figura. Imagen artística del planeta WASP 121b. La forma “abombada” del planeta es debida a las intensas fuerzas de marea que ejerce la estrella. © NASA, ESA, and G. Bacon (STSci)

Figura. Comparación entre el vapor de agua en emisión de la estratosfera del exoplaneta WASP-121b (en rojo) y el vapor de agua en absorción en la atmósfera de una estrella enana marrón (en violeta). © NASA, ESA, and G. Bacon (STSci)

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En el siguiente enlace se puede ver una animación 3D del sistema estrella-planeta WASP-121 en Youtube:

https://youtu.be/fyMd-CJJqoo

Artículo científico en Nature

“A stratosphere in an ultra-hot gas giant exoplanet”, por T.M.Evans, D.K.Sing, T.Kataria, J.Goyal, N.Nikolov, H.R.Wakeford, D.Deming, M.S.Marley, D.S.Amundsen, G.Ballester, J.Barstow, L.Ben-Jaffel, V.Bourrier, L.A.Buchhave, O.Cohen, D.Ehrenreich, A.García-Muñoz, G.W.Henry, H.Knutson, P.Lavvas, A.Lecavelier des Etangs, N.K.Lewis, M.López-Morales, A.M.Mandell, J.Sanz-Forcada, P.Tremblin y R.Lupu, Nature, 3 de agosto 2017.

http://www.nature.com/nature/journal/v548/n7665/full/nature23266.html?foxtrotcallback=true

Contacto

Investigador del Centro de Astrobiología:

Jorge Sanz Forcada: jsanz ([email protected])

UNIDAD DE CULTURA CIENTÍFICA DEL CAB

Juan Ángel Vaquerizo: jvaquerizog ([email protected])

(+34) 915206438