Exoplanetas, cielos despejados y agua

Desde que a finales del siglo pasado se descubriera el primer planeta orbitando a otra estrella, la cuenta ya se acerca a 2.000 de estos planetas extrasolares o exoplanetas. Algunos de ellos están tan cerca que son difíciles de estudiar porque la luz de la estrella enmascara los datos que nos llegan de ellos. Y en los pocos casos que se ha podido escudriñarlos, en sus atmósferas se ha visto algo curioso: albergaban menos agua de la esperada, como por ejemplo HD 209458 b (N. Madhusudhan et al., 2014, ApJ Lett., 791-L9).

Ante el dilema de la falta de agua, un equipo de astrónomos ha abordado este problema utilizando datos del telescopio espacial Hubble (NASA/ESA) y del telescopio espacial Spitzer (NASA). En total se han estudiado en profundidad las atmósferas de diez exoplanetas: el propio HD 209458 b y además HD 189733 b, WASP-6 b, WASP-12 b, WASP-17 b, WASP-19 b, WASP-31 b, WASP-39 b, HAT-P-1 b y HAT-P-12 b, consiguiendo el mayor catálogo espectroscópico de atmósferas exoplanetarias.

This image shows an artist’s impression of the ten hot Jupiter exoplanets studied by David Sing and his colleagues. The images are to scale with each other. HAT-P-12b, the smallest of them, is approximately the size of Jupiter, while WASP-17b, the largest planet in the sample, is almost twice the size. The planets are also depicted with a variety of different cloud properties. There is almost no information about the colours of the planets available, with the exception of HD 189733b, which became known as the blue planet (heic1312). The hottest planets within the sample are portrayed with a glowing night side. This effect is strongest on WASP-12b, the hottest exoplanet in the sample, but also visible on WASP-19b and WASP-17b. It is also known that several of the planets exhibit strong Rayleigh scattering. This effect causes the blue hue of the daytime sky and the reddening of the Sun at sunset on Earth. It is also visible as a blue edge on the planets WASP-6b, HD 189733b, HAT-P-12b, and HD 209458b. The wind patterns shown on these ten planets, which resemble the visible structures on Jupiter, are based on theoretical models

Representación artística de los diez exoplanetas estudiados por David Sing y su equipo. Las imágenes están a escala entre sí, siendo HAT-P-12b el más pequeño de ellos y WASP-17b el mayor. Sobre el color apenas hay información, excepto en el caso de HD 189733b, que se sabe que es azul | Créditos: ESA/Hubble & NASA.

«Es la primera vez que hemos tenido la suficiente cobertura de longitudes de onda para poder comparar varias características de estos planetas», explica David K. Sing de la Universidad de Exeter (Reino Unido) y autor principal artículo que expone la investigación. Los exoplanetas han sido analizados por el método del tránsito, esto es, analizando la variación de luz que se produce cuando el planeta pasa por delante de su estrella. Así, su atmósfera también puede ser analizada. «La atmósfera deja su huella en la luz de las estrellas y la podemos estudiar cuando la luz llega a nosotros», comenta Hannah Wakeford, del Goddard Space Flight Center de la NASA (Estados Unidos) y coautor del artículo científico.

This illustration shows HD 189733b, a huge gas giant that orbits very close to its host star HD 189733. The planet's atmosphere is scorching with a temperature of over 1000 degrees Celsius, and it rains glass, sideways, in howling 7000 kilometre-per-hour winds. At a distance of 63 light-years from us, this turbulent alien world is one of the nearest exoplanets to Earth that can be seen crossing the face of its star. By observing this planet before, during, and after it disappeared behind its host star during orbit, astronomers were able to deduce that HD 189733b is a deep, azure blue — reminiscent of Earth's colour as seen from space.

Representación artística del exoplaneta HD 189733 b, conocido como el planeta azul, siendo el primer planeta extrasolar del que se supo su color verdadero | Créditos: NASA, ESA, M. Kornmesser.

Estas huellas atmosféricas han permitido distinguir entre exoplanetas con cielos nublados y cielos despejados. De hecho, los exoplanetas despejados muestran fuertes signos de agua mientras que los nublados indican menos agua de la esperada. Una posibilidad es el agua esté bajo las nubes, bloqueando la señal que nos debería llegar. Una alternativa es que esos planetas se formen en un ambiente privado de agua, pero es algo que no encaja con las teorías actuales. «Nuestros resultados han descartado el escenario seco y sugieren que las nubes ocultan el agua de nuestra mirada», explica el coautor del artículo Jonathan Fortney de la Universidad de California en Santa Cruz (Estados Unidos).

El estudio de las atmósferas exoplanetarias es una ciencia muy joven que tan solo contempla unas pocas observaciones. Cuando llegue el JWST (James Webb Space Telescope) sucediendo al Hubble, se abrirá una nueva ventana de infrarrojos en el estudio de los exoplanetas y sus atmósferas. Y además, este estudio ofrece una conclusión muy clara: en los exoplanetas puede haber más agua de la que pensamos. Tan solo debemos de buscar el método para penetrar más allá de su capa de nubes.

Esta investigación fue presentada en la revista Nature bajo el título “A continuum from clear to cloudy hot-Jupiter exoplanets”, por D.K. Sing et al.

Referencias:
– A continuum from clear to cloudy hot-Jupiter exoplanets without primordial water depletion (D.K. Sing, et al., 2015, Nature, doi: 10.1038/nature16068)
– H2O Abundances in the Atmospheres of Three Hot Jupiters (N. Madhusudhan et al., 2014, ApJ Lett. 791-L9)
– An extended upper atmosphere around the extrasolar planet HD209458b (A. Vidal-Madjar et al., 2003, Nature 422-143)
– Detection of atmospheric haze on an extrasolar planet: The 0.55 – 1.05 micron transmission spectrum of HD189733b with the Hubble Space Telescope (F. Pont et al., 2007, MNRAS, 385, 109)
– The deep blue color of HD 189733b: albedo measurements with HST /STIS at visible wavelengths (T.M. Evans et al., 2013 ApJ Lett. 772 L16)
– Hubble reveals diversity of exoplanet atmospheres
– The Extrasolar Planets Encyclopaedia
– Hubble spots azure blue planet