El escudo térmico de WASP-19b

¿Se imaginan ustedes un planeta que tuviese una capa protectora frente al calor? Sería algo así como un escudo térmico que impidiese que la radiación de su estrella entrase al interior. No hay que viajar muy lejos porque la Tierra tiene algo parecido. Seguro que les suena: lo llamamos capa de ozono y provoca una inversión térmica en la estratosfera. Esto quiere decir que al calor le cuesta más tanto entrar como salir a través de esa capa. Pero no he venido aquí a hablarles de la Tierra. Vengo a hablarles de un exoplaneta llamado WASP-19b. Este planeta no es un nuevo descubrimiento ya que su detección se anunció hace algunos años (Webb et al., 2010). De lo que sí les voy a hablar es de inversión térmica, y no precisamente la provocada por el ozono. En este caso este efecto lo produce un material exótico en nuestro planeta.

El escudo térmico exoplanetario

Partiremos de los resultados obtenidos por un equipo de astrónomos encabezado por Elyar Sedaghati del ESO (Observatorio Europeo Austral). En un artículo publicado en la revista Nature hablan del ya mencionado WASP-19b (Sedaghati et al., 2017). ¿Qué tiene de interés este exoplaneta anunciado en 2010? Su atmósfera. Allí se han encontrado por primera vez materiales pesados en una atmósfera exoplanetaria. En este caso, se trata de pequeñas cantidades de óxido de titanio, agua y trazas de sodio.

Ubicación de la estrella WASP-19 en la constelación austral de Vela || Créditos: ESO, IAU and Sky & Telescope (Ver).

Este exoplaneta tiene una masa similar a la de Júpiter. Sin embargo, está mucho más cerca de su estrella que nuestro vecino joviano. Mientras que nuestro compañero tarda casi 12 años en dar una vuelta alrededor del Sol, WASP-19b lo hace en tan solo 19 horas. Esta proximidad hace que las capas altas de su atmósfera tengan una temperatura de unos 2.000º C. Y es allí donde se ha encontrado el óxido de titanio, un material que resulta extraño encontrarlo en la Tierra. Este compuesto resulta más abundante en las capas más externas de estrellas frías.

Ocurre que cuando este compuesto forma parte de la atmósfera de un planeta en cantidades razonables, la capa de óxido de titanio hace que el calor ni entre ni salga, provocando algo similar a lo que el ozono en nuestra atmósfera: una inversión térmica.

La detección del óxido de titanio en WASP-19b

¿Cómo se detecta óxido de titanio en la atmósfera de un planeta que está a 815 años luz de distancia? Para explicar esto deben saber que este exoplaneta, al igual que todos los detectados por el sistema WASP (Wide Angle Search for Planets), se ha descubierto por el método del tránsito. Dicho de otro modo, ha capturado la variación en la luz de la estrella cuando el planeta pasa por delante de ella.

Ahora bien, cuando el planeta no está transitando, es decir, no está atravesando el disco de la estrella, mediante espectroscopía podemos averiguar la composición de ésta. Por otro lado, al aplicar esta técnica cuando el planeta está transitando, obtenemos el espectro de la estrella más el de la luz que se filtra a través de la atmósfera del planeta. Es entonces cuando «restamos» las bandas de absorción obtenidas únicamente con la estrella de las bandas de absorción obtenidas con el planeta transitando. El resultado serán las bandas de absorción proporcionadas exclusivamente por la atmósfera del planeta. Y como cada banda corresponde inequívocamente a un elemento o compuesto químico, sabremos la composición atmosférica, en este caso la de WASP-19b.

Cuando WASP-19b pasa por delante de su estrella, parte de la luz de la estrella pasa a través de la atmósfera del planeta y deja huellas sutiles en la luz que finalmente llega a la Tierra || Creditos: ESO/M. Kornmesser (Ver).

«Detectar estas moléculas no es tarea sencilla. No sólo necesitamos datos de una calidad excepcional, sino que también es necesario realizar un análisis sofisticado. Para llegar a estas conclusiones utilizamos un algoritmo que explora millones de espectros que abarcan una amplia gama de composiciones químicas, temperaturas y propiedades», explica Sedaghati.

El renovado FORS2

Para realizar esta laboriosa tarea, el equipo de Sedaghati no utilizó los telescopios WASP. Acudió a un instrumento mucho más eficaz para este propósito: el FORS2 (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph) del VLT (Very Large Telescope). «Este importante descubrimiento es el resultado de una remodelación del instrumento FORS2 hecha exactamente con este propósito. Desde entonces, FORS2 se ha convertido en el mejor instrumento para llevar a cabo este tipo de estudio desde tierra», explica Henri Boffin, quien dirigió el proceso de remodelación del instrumento en las instalaciones del ESO.

Los óxidos de titanio en la Tierra

El titanio es el noveno elemento más abundante en nuestro planeta. Sus tres valencias (2, 3 y 4) le permite formar tres tipos diferentes de óxidos: el óxido de titanio (II), el óxido de titanio (III) u óxido titanioso y el óxido de titanio (IV) o dióxido de titanio. El más abundante en la Tierra es el último de estos. Podemos encontrarlo, por ejemplo, en las cremas protectoras solares actuando como filtro físico. El que actúa con valencia (II) es el óxido de titanio encontrado en WASP-19b. Por último, el óxido titanioso, también escaso, lo podemos encontrar en minerales como la tistarita.

Curva de luz de la estrella WASP-19 que supuso la detección del exoplaneta WASP-19b || Créditos: L. Hebb et al 2010 ApJ 708 224 (Ver).

Detalle del tránsito de WASP-19b obtenido mediante fotometría FTS en banda z || Créditos: L. Hebb et al 2010 ApJ 708 224 (Ver).

Apuntando a mundos habitables

Volvamos al espacio. Gracias a este descubrimiento, se ha demostrado por primera vez la presencia de óxidos metálicos en atmósferas exoplanetarias. Esto permitirá modelarlas más eficazmente y de esta forma aplicar estos modelos a planetas potencialmente habitables. Al fin y al cabo, esta especie de escudo térmico puede estabilizar la temperatura superficial de un exoplaneta y marcar la diferencia entre un planeta con vida y un planeta habitable.

Referencias

• Hebb, L. et al (2010). «WASP-19b: The shortest period transiting exoplanet yet discovered». The Astrophysical Journal 708 224 . DOI: 10.1088/0004-637X/708/1/224 (Ver).
• Sedaghati, E. et al (2017). «Detection of titanium oxide in the atmosphere of a hot Jupiter». Nature 549, 238-241. DOI: 10.1038/nature23651 (Ver).
• «Diferencia entre filtros físicos y químicos». Boticaria García (Ver).
• Inferno World with Titanium Skies (Ver).
• Un mundo infernal con cielos de titanio (Ver).

Imagen de cabecera

• Representación artística que muestra al exoplaneta WASP-19b en cuya atmósfera se ha detectado óxido de titanio por primera vez || Créditos: ESO/M. Kornmesser (Ver).