Una cantidad sorprendentemente baja de metano y un núcleo de gran tamaño se esconden dentro del planeta WASP-107 b, parecido al algodón de azúcar.
Las revelaciones, basadas en datos obtenidos por el Telescopio Espacial James Webb, marcan las primeras mediciones de la masa central de un exoplaneta y probablemente sustentarán futuros estudios de atmósferas e interiores planetarios, un aspecto clave en la búsqueda de mundos habitables más allá de nuestro sistema solar.
«Mirar el interior de un planeta a cientos de años luz de distancia suena casi imposible, pero cuando conoces la masa, el radio, la composición atmosférica y el calor de su interior, tienes todas las piezas que necesitas para hacerte una idea de qué hay dentro y qué tan pesado es ese núcleo», dijo el autor principal David Sing, profesor distinguido Bloomberg de Ciencias Planetarias y de la Tierra en la Universidad Johns Hopkins. «Esto es algo que ahora podemos hacer para muchos planetas gaseosos diferentes en diversos sistemas».
Publicado hoy en Naturalezala investigación muestra que el planeta tiene mil veces menos metano de lo esperado y un núcleo 12 veces más masivo que el de la Tierra.
WASP-107 b, un planeta gigante envuelto por una atmósfera abrasadora tan esponjosa como el algodón, orbita una estrella a unos 200 años luz de distancia. Es hinchado debido a su construcción: un mundo del tamaño de Júpiter con sólo una décima parte de la masa de ese planeta.
Aunque tiene metano, un componente básico de la vida en la Tierra, el planeta no se considera habitable debido a su proximidad a su estrella madre y a la falta de una superficie sólida. Pero podría contener pistas importantes sobre las últimas etapas de la evolución planetaria.
En un estudio separado publicado hoy en Naturalezaotros científicos también detectaron metano con el telescopio Webb y proporcionaron información similar sobre el tamaño y la densidad del planeta.
«Queremos observar planetas más similares a los gigantes gaseosos de nuestro propio sistema solar, que tienen mucho metano en sus atmósferas», dijo Sing. «Aquí es donde la historia de WASP-107 b se volvió realmente interesante, porque no sabíamos por qué los niveles de metano eran tan bajos».
Las nuevas mediciones de metano sugieren que la molécula se transforma en otros compuestos a medida que fluye hacia arriba desde el interior del planeta, interactuando con una mezcla de otras sustancias químicas y la luz de las estrellas en la atmósfera superior. El equipo también midió dióxido de azufre, vapor de agua, dióxido de carbono y monóxido de carbono, y descubrió que WASP-107 b tiene más elementos pesados que Urano y Neptuno.
El perfil de la química del planeta está empezando a revelar piezas clave del rompecabezas de cómo se comportan las atmósferas planetarias en condiciones extremas, dijo Sing. Su equipo realizará observaciones similares durante el próximo año en 25 planetas adicionales con el telescopio Webb.
«Nunca habíamos podido estudiar en detalle este proceso de mezcla en la atmósfera de un exoplaneta, por lo que esto será de gran ayuda para comprender cómo operan estas reacciones químicas dinámicas», dijo Sing. «Es algo que definitivamente necesitamos a medida que comenzamos a observar planetas rocosos y firmas de biomarcadores».
Los científicos habían especulado que el radio sobreinflado del planeta era el resultado de una fuente de calor en su interior, dijo Zafar Rustamkulov, estudiante de doctorado en ciencia planetaria de Johns Hopkins que codirigió la investigación. Combinando modelos de física atmosférica e interior con los datos de Webb sobre WASP-107 b, el equipo explicó cómo la termodinámica del planeta influye en su atmósfera observable.
«El planeta tiene un núcleo caliente, y esa fuente de calor está cambiando la química de los gases en las profundidades, pero también está impulsando esta fuerte mezcla convectiva que burbujea desde el interior», dijo Rustamkulov. «Creemos que este calor está provocando que cambie la química de los gases, destruyendo específicamente el metano y produciendo cantidades elevadas de dióxido de carbono y monóxido de carbono».
Los nuevos hallazgos también representan la conexión más clara que los científicos han podido establecer entre el interior de un exoplaneta y la parte superior de su atmósfera, afirmó Rustamkulov. El año pasado, el telescopio Webb detectó dióxido de azufre a unos 700 años luz de distancia en un exoplaneta diferente llamado WASP-39, proporcionando la primera evidencia de un compuesto atmosférico creado por reacciones impulsadas por la luz de las estrellas.
El equipo de Johns Hopkins ahora se está centrando en lo que podría mantener caliente el núcleo, y espera que puedan estar en juego fuerzas similares a las que causan las mareas altas y bajas en los océanos de la Tierra. Planean probar si el planeta está siendo estirado y atraído por su estrella y cómo eso podría explicar el alto calor del núcleo.
Otros autores del estudio son Daniel P. Thorngren y Elena Manjavacas de la Universidad Johns Hopkins; Joanna K. Barstow de la Open University; Pascal Tremblin de la Universidad Paris-Saclay; Catarina Alves de Oliveira, Stephan M. Birkmann y Pierre Ferruit de la Agencia Espacial Europea; Tracy L. Beck, Néstor Espinoza, Amélie Gressier, Marco Sirianni y Jeff A. Valenti del Space Telescope Science Institute; Ryan C. Challener de la Universidad de Cornell; Nicolas Crouzet, Giovanna Giardino y Nikole K. Lewis de la Universidad de Leiden; Elspeth KH Lee; Roberto Maiolino de la Universidad de Cambridge; y Bernard J. Rauscher del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA.
Esta investigación se basa en datos obtenidos del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía Inc., bajo el contrato NAS 5-03127 de la NASA.