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| Nubes de titanato de calcio en el lado diurno del exoplaneta WASP-121b. Créditos_ Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA) |
Un equipo de astrónomos del
CATA e investigadores de la Universidad Diego Portales (UDP) lograron la
primera detección de nubes de titanato de calcio (CaTiO₃) en la atmósfera del
exoplaneta WASP-121b.
Este hallazgo, realizado con
datos del telescopio espacial James Webb (JWST), posiciona a Chile y al CATA a
la vanguardia de la investigación atmosférica de exoplanetas.
WASP-121b pertenece a los
Ultra Hot-Jupiters (UHJ), una clase poco común de exoplanetas que se formaron
lejos de sus estrellas, pero que con el tiempo migraron hacia órbitas muy
próximas sin llegar a caer en ellas.
“Este planeta es uno de los
más calientes que se conocen, con una temperatura diurna que alcanza los
~2900°K. Es un ejemplo particularmente extremo de planetas gigantes gaseosos
que migran hacia órbitas muy cercanas sin caer en su estrella”, explica Suman
Saha, Investigador Postdoctoral del CATA y la UDP.
El estudio identificó por
primera vez nubes de titanato en el hemisferio diurno del planeta, las cuales
se forman mediante la condensación, a gran altitud, del monóxido de titanio
(TiO), un material que resiste temperaturas muy altas y que normalmente permanece
sólido incluso bajo condiciones extremas.
“Solo en los ambientes tan
calientes del lado diurno de planetas raros como WASP-121b, el TiO puede
permanecer en fase gaseosa y luego condensarse en nubes de titanato de calcio
(CaTiO₃)”, señala James Jenkins, Investigador Principal del CATA y académico de
la UDP.
Este hallazgo también revela
un fenómeno nunca observado directamente; un ciclo de lluvia de titanio en el
lado nocturno del planeta.
“Las fuertes corrientes
atmosféricas de este planeta transportan estas nubes hacia el terminador y el
lado nocturno, donde precipitan en forma de lluvia”, explica Saha. Estas zonas
son tan frías en comparación al lado diurno que el material precipitado no
vuelve a evaporarse, generando una pérdida permanente de titanio y oxígeno en
la atmósfera iluminada del planeta.
Como complemento a esta
detección, el equipo observó una abundancia reducida de TiO y una elevada
relación de carbono y oxígeno (C/O) elevada en el lado diurno, ambas señales
concordantes con la existencia de este ciclo.
“Desde hace tiempo se ha planteado la
hipótesis de que existen ciclos que involucran especies refractarias (es decir,
especies muy resistentes al calor que pueden evaporarse y volver a condensarse)
en los UHJ, pero nuestro trabajo proporciona la primera detección
estadísticamente significativa de dicho fenómeno, lo que lo convierte en un
resultado histórico para la comunidad de exoplanetas”, señala Jenkins.
Uso del JWST y del Geryon-3
del CATA
El descubrimiento fue posible
gracias a observaciones del telescopio espacial James Webb, utilizando datos
públicos obtenidos de los instrumentos NIRISS y NIRSpec, que abarcan un rango
detallado entre 0,6 y 5,1 micrones.
“Este estudio utiliza, por
primera vez, la espectroscopía de emisión pancromática de WASP-121b del JWST,
una técnica que mide la luz del planeta en muchas longitudes de onda distintas
para identificar moléculas y nubes.
Debido a que este exoplaneta
es extremadamente caliente, su espectro de emisión es excepcionalmente preciso
y rico en características en un amplio rango de longitudes de onda.
Esto permitió romper las típicas confusiones
en la interpretación de los fenómenos atmosféricos e identificar de forma
sólida los tipos de nubes, lo que hace que esta detección sea especialmente
robusta”, explica Suman Saha.
El equipo utilizó además el
supercomputador Geryon-3, infraestructura de alto rendimiento del CATA dedicado
al análisis de datos astronómicos a gran escala.
“Esta herramienta fue esencial
para las tareas computacionales del estudio, como la reducción de los conjuntos
de datos del JWST, el ajuste de las curvas de luz espectroscópicas y la
reconstrucción del perfil atmosférico.
Estos datos ocupan grandes
volúmenes, lo que hace que su análisis, especialmente cuando se incluyen
técnicas computacionalmente intensivas, sea inviable sin acceso a clústeres
computacionales a gran escala como Geryon-3”, comenta James Jenkins.
Relevancia para la comunidad
científica chilena
Este estudio supone el primer
gran descubrimiento de exoplanetas basado en el JWST liderado desde Chile, lo
que sitúa tanto a CATA como al país a la vanguardia de la investigación
atmosférica de exoplanetas a nivel mundial. “Chile ya alberga algunos de los
observatorios astronómicos más potentes y singulares del mundo y cuenta con una
comunidad dedicada a la investigación de exoplanetas.
Sin embargo, los estudios
atmosféricos basados en el JWST representan una de las fronteras más avanzadas
en este campo, ya que ofrecen oportunidades para descubrimientos sin
precedentes y contribuyen a crear la experiencia necesaria para seguir siendo
competitivos a nivel mundial”, enfatiza Saha.
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| Representación artística de WASP-121b. Créditos_ Artwork_ NASA, ESA, and J. Olmsted (STScI). |
Abrirá nuevas oportunidades
para estudiar la evolución atmosférica en exoplanetas extremos, lo que ayudará
a revelar sus historias de formación y proporcionará una comprensión más amplia
y predictiva de la evolución de los planetas gigantes”, concluye el
investigador del CATA.
Enlace a investigación: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae1c1c
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