Nota de prensa

El elemento más pesado detectado hasta ahora en la atmósfera de un exoplaneta

13 de Octubre de 2022

Utilizando el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO), un equipo ha descubierto el elemento más pesado jamás detectado en la atmósfera de un exoplaneta: el bario. La sorpresa surgió al descubrir la presencia de bario a grandes altitudes en las atmósferas de los gigantes gaseosos ultracalientes WASP-76 b y WASP-121 b (dos exoplanetas, planetas que orbitan estrellas fuera de nuestro Sistema Solar). Este descubrimiento inesperado plantea preguntas sobre cómo pueden ser estas atmósferas exóticas.

En palabras de Tomás Azevedo Silva, estudiante de doctorado en la Universidad de Oporto y el Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio (IA) de Portugal, quien dirigió el estudio publicado hoy en la revista Astronomy & Astrophysics, "La parte desconcertante y contraintuitiva es: ¿por qué hay un elemento tan pesado en las capas superiores de la atmósfera de estos planetas?".

WASP-76 b y WASP-121 b no son exoplanetas ordinarios. Ambos son conocidos como jupíteres ultracalientes, ya que son comparables en tamaño a Júpiter, mientras que tienen temperaturas superficiales extremadamente altas que se elevan por encima de los 1000 ° C. Esto se debe a su proximidad a sus estrellas anfitrionas, lo que también significa que una órbita alrededor de cada estrella se completa en tan solo uno o dos días. Esto otorga a estos planetas características bastante exóticas; en WASP-76 b, por ejemplo, los astrónomos sospechan que llueve hierro.

Pero, aun así, la comunidad científica se sorprendió al detectar bario, que es 2,5 veces más pesado que el hierro, en las atmósferas superiores de WASP-76 b y WASP-121 b. "Dada la alta gravedad de los planetas, esperaríamos que elementos pesados como el bario cayeran rápidamente a las capas inferiores de la atmósfera", explica el coautor, Olivier Demangeon, también investigador de la Universidad de Oporto y del IA.

"Este fue, en cierto modo, un descubrimiento 'accidental'," afirma Azevedo Silva. "No esperábamos ni buscábamos bario en particular y tuvimos que verificar que en realidad provenía del planeta, ya que nunca antes se había visto en ningún exoplaneta".

El hecho de que se detectara bario en las atmósferas de estos dos jupíteres ultracalientes sugiere que esta categoría de planetas podría ser aún más extraña de lo que se pensaba. Aunque ocasionalmente vemos bario en nuestros propios cielos, como en el caso del color verde brillante de los fuegos artificiales, la pregunta para la comunidad científica es qué proceso natural podría causar que este elemento pesado esté a altitudes tan altas en estos exoplanetas. "Por el momento, no estamos seguros de cuáles son los mecanismos", explica Demangeon.

En el estudio de las atmósferas de exoplanetas, los Júpiter ultracalientes son extremadamente útiles. Como explica Demangeon, "Al ser gaseosas y calientes, sus atmósferas son muy extensas y, por lo tanto, son más fáciles de observar y estudiar que las de planetas más pequeños o más fríos".

Determinar la composición de la atmósfera de un exoplaneta requiere de un equipo muy especializado. El equipo utilizó el instrumento ESPRESSO, instalado en el VLT de ESO, en Chile, para analizar la luz de las estrellas que había sido filtrada a través de las atmósferas de WASP-76 b y WASP-121 b. Esto permitió detectar claramente varios elementos, entre ellos, el bario.

Estos nuevos resultados muestran que solo hemos arañado la superficie de los misterios que rodean a los exoplanetas. Con futuros instrumentos como ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph, espectrógrafo Echelle de Alta Dispersión), que operará en el próximo Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, la comunidad astronómica podrá estudiar las atmósferas de exoplanetas grandes y pequeños, incluidos los de planetas rocosos similares a la Tierra, a una profundidad mucho mayor y reunir más pistas sobre la naturaleza de estos extraños mundos.

Información adicional

Esta investigación se ha presentado en el artículo "Detection of Barium in the atmospheres of ultra-hot gas giants WASP-76b & WASP-121b", publicado en la revista Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202244489).

El equipo está formado por T. Azevedo Silva (Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio, Universidad de Oporto, Centro de Astrofísica de la Universidad de Oporto [IA/UPorto, CAUP] y Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Oporto, Portugal [FCUP]); O. D. S. Demangeon (IA/UPorto, CAUP y FCUP); N. C. Santos (IA/UPorto, CAUP y FCUP); R. Allart (Departamento de Física, e Instituto de Investigación en Exoplanetas, Universidad de Montreal, Canadá, y Observatorio Astronómico de la Universidad de Ginebra, Suiza [UNIGE]); F. Borsa (INAF – Observatorio Astronómico de Brera, Italia); E. Cristo (IA/UPorto, CAUP y FCUP); E. Esparza-Borges (Instituto de Astrofísica de Canarias [IAC] y Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, España [IAC-ULL]); J. V. Seidel (Observatorio Europeo Austral, Chile [ESO Chile]); E. Palle (IAC); S. G. Sousa (IA/UPorto); H. M. Tabernero (Centro de Astrobiología, (CAB) CSIC-INTA, España [CAB, CSIC-INTA]); M. R. Zapatero Osorio (CAB, CSIC-INTA); S. Cristiani (INAF – Observatorio Astronómico de Trieste, Italia [INAF Trieste]); F. Pepe (UNIGE); R. Rebolo (IAC e IAC-ULL); V. Adibekyan (IA/UPorto y FCUP); Y. Alibert (Instituto de Física, Universidad de Berna, Suiza); S. C. C. Barros (IA/UPorto y FCUP); V. Bourrier (UNIGE); P. Di Marcantonio (INAF Trieste); V. D’Odorico (INAF Trieste, Escuela Normal Superior e Instituto de Física Fundamental del Universo, Trieste, Italia [IFPU]); D. Ehrenreich (UNIGE y Centro Vida en el Universo, Facultad de Ciencias de la Universidad de Ginebra, Suiza); P. Figueira (UNIGE e IA/UPorto); J. I. González Hernández (IAC e IAC-ULL); C. J. A. P. Martins (UA/UPorto y CAUP); A. Mehner (ESO Chile); G. Micela (INAF – Observatorio Astronómico de Palermo, Italia); P. Molaro (INAF Trieste e IFPU); D. Mounzer (UNIGE); N. J. Nunes (Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio, Facultad de Ciencias de la Universidad de Lisboa y Departamento de Física, Facultad de Ciencias de la Universidad de Lisboa, Portugal); A. Sozzetti (INAF - Observatorio Astrofísico de Torino, Italia); A. Suárez Mascareño (IAC e IAC-ULL); y S. Udry (UNIGE).

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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso2213.