Nubes y claros en mundos alienígenas

Que el tema del agua es clave en el estudio de los exoplanetas es algo que seguramente ya supongan y no les sorprenda. Pero el líquido elemento no solo es importante en exoplanetas tipo Tierra porque, como saben, el agua algo fundamental para la vida de nuestro planeta y hay que estudiarla allá donde esté, aunque sea en planetas cuyas temperaturas sean de 1.100ºC. Tal es el caso de los exoplanetas denominados Júpiter calientes, cuyas masas son similares a las del planeta gigante y orbitan extremadamente cerca de su estrella. Obviamente, debido a esas temperaturas, el agua se encuentra en estado gaseoso, que sepamos.

Desde que se descubriera el primer exoplaneta, los astrónomos han encontrado muchos de estos Júpiter calientes con agua en sus atmósferas. Sin embargo esto no es algo común a todos ellos, y es por esto mismo por lo que científicos del JPL (Jet Propulsion Laboratory) quieren encontrar una relación entre las atmósferas de estos planetas gigantes. Para ello se centraron en la colección de Júpiter calientes analizados por el telescopio espacial Hubble (NASA/ESA) y encontraron algo curioso: las baja atmósfera de casi la mitad de estos exoplanetas estaban bloqueadas por nubes.

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Representación artística que muestra cómo podrían ser los cielos en otros planetas. A la izquierda, un planeta con una atmósfera con nubes ocultando las capas bajas de la atmósfera. A la derecha, un exoplaneta con cielos despejados. Créditos: NASA/JPL-Caltech (ampliar imagen).

“La motivación de nuestro estudio fue ver si estos planetas compartían propiedades atmosféricas”, explica Aishwarya Iyer del JPL y autor del nuevo artículo (Aishwarya R. Iyer et al., 2016, ApJ 823 109) que expone la investigación. Dicho estudio sugiere que las capas más altas de nubes podrían impedir la detección de agua por parte de los telescopios espaciales. Es decir, las nubes bloquean la emisión que produce la molécula de agua, haciéndola indetectable. La otra cara de la moneda se vio en otra investigación (J. Fraine et al., 2014, Nat 513 526–529) donde los cielos despejados de un exoplaneta tipo Neptuno denominado HAT-P-11b permitieron medir la cantidad de agua atmosférica.

“Las nubes o nieblas parecen estar en todos los planetas que hemos estudiado y hay que tenerlas en cuenta porque se podría subestimar la cantidad de agua en la atmósfera de un exoplaneta hasta en un factor de dos”, afirma Iyer. En este estudio, los científicos observaron un total de 19 exoplanetas tipo Júpiter caliente donde el instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) detectó vapor de de agua en las atmósferas de 10 de estos 19 planetas. La diferencia es que los 19 planetas se analizaron por separado, y ésta es la primera vez que se analizan tomándolos como un conjunto.

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Las nubes de las capas altas de las atmósferas de exoplanetas tipo Júpiter calientes pueden bloquear las señales de agua que están por debajo, impidiendo saber si en el planeta hay agua o no. Créditos: NASA/JPL-Caltech (ampliar imagen).

Para llevar a cabo un buen análisis en conjunto fue necesario comparar todos los planetas y buscar patrones entre ellos. Con ese objetivo, los científicos del equipo optó por definieron una banda espectral global promedio, y esto que puede sonarles a chino, consiste simplemente en hacer un promedio de la frecuencia de la luz detectada en el exoplaneta, y con un valor para cada uno de los 19 exoplanetas, calcular el promedio de todos ellos. Una vez obtenido este valor, lo compararon con el obtenido para cada planeta y, dependiendo de si el valor estaba por encima o por debajo del promediado, pudieron ver cuáles exoplanetas eran los que tenían cielos sin nubes y con los que tenían cielos cubiertos.

Con esta comparación de valores, los científicos determinaron que en la mayoría de los planetas estudiados, las nubes bloqueaban aproximadamente la mitad de la atmósfera. “En algunos de estos planetas se puede ver trazas de agua por encima de las nubes, lo que indica que puede haber más agua debajo”, explica Iyer. Los científicos todavía desconocen la composición de las nubes y su naturaleza, lo que sí que está claro es que no están formadas de agua, de lo contrario hubiese quedado reflejado en la información espectral.

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Gráfico que muestra las líneas de absorción del exoplaneta HAT-P-11b a partir de la espectroscopía de transmisión comparándolo con los modelos teóricos que representaría un exoplaneta con cielos totalmente despejados. Créditos: NASA/ESA/STScI (ampliar imagen).

Las conclusiones de estos análisis están de acuerdo con lo publicado a principios de año (David K. Sing et al., 2016, Nature 529 59–62) donde se analizaban las nubes de Júpiter calientes con los telescopios espaciales Hubble y el Spitzer y concluía que el agua podría estar escondida en las nubes. Lo diferente de este nuevo estudio es que utiliza un solo instrumento para analizar estos exoplanetas y ha dado cifras de la cantidad de baja atmósfera que aparece cubierta por nubes.

Con esta investigación, además de averiguar cómo de abundante es el agua en estos grandes exoplanetas calientes gaseosos, nos dará pistas para comprender cómo se forman y, lo que es todavía más importante, resolver la duda de si estos planetas se formaron en su posición actual o han migrado desde posiciones más alejadas. La respuesta está en el agua.

Referencias:
A Characteristic Transmission Spectrum Dominated by H2O Applies to the Majority of HST/WFC3 Exoplanet Observations (Aishwarya R. Iyer et al., 2016, The Astrophysical Journal 823 109).
Water vapour absorption in the clear atmosphere of a Neptune-sized exoplanet (J. Fraine et al., 2014, Nature 513 526–529).
A continuum from clear to cloudy hot-Jupiter exoplanets without primordial water depletion (David K. Sing et al., 2016, Nature 529 59–62).
Cloudy Days on Exoplanets May Hide Atmospheric Water.
Clear skies on exo-Neptune.

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