Crean el primer mapa tridimensional de temperaturas de la atmósfera de un exoplaneta

 Un equipo internacional de astrónomos ha creado el primer mapa tridimensional de temperaturas de un planeta, un gigante gaseoso que orbita una estrella y cuya atmósfera tiene zonas de temperatura muy diferentes -una de ellas tan caliente que descompone el vapor de agua-, según un estudio publicado en Nature Astronomy.

El exoplaneta, un ‘Júpiter ultracaliente’ denominado WASP-18b y situado a 400 años luz de la Tierra, es el primer sobre el que se ha aplicado la técnica del «mappage de eclipse en 3D» o «mappage espectroscópico de eclipse», que se realiza gracias a las observaciones altamente sensibles del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA.

Los astrónomos están convencidos de que las imágenes del JWST permitirán empezar a mapear las variaciones atmosféricas de los exoplanetas, como se hizo hace ya mucho tiempo con los primeros telescopios terrestres que observaron por primera vez la gran mancha roja de Júpiter o su estructura de nubes en bandas.

«El mapeo de eclipses nos permite imaginar exoplanetas que no podemos ver directamente, porque sus estrellas anfitrionas son demasiado brillantes. Con este telescopio y esta nueva técnica, podemos comenzar a entender los exoplanetas en las mismas líneas que nuestros vecinos del sistema solar», comenta Ryan Challener, astrónomo en la Universidad de Cornell (Nueva York, Estados Unidos) y primer autor de la investigación.

Mapear los eclipses

Detectar exoplanetas en general es difícil, ya que emiten menos del 1% de la luminosidad de una estrella anfitriona.

Mapear eclipses requiere medir fracciones pequeñas de ese total a medida que un planeta orbita detrás de su estrella, ocultando y revelando partes de ella en el camino.

Los científicos pueden relacionar cambios minúsculos en la luz con regiones específicas para producir un mapa de brillo que, cuando se realiza en múltiples colores, se puede convertir en temperaturas en tres dimensiones: latitud, longitud y altitud.

«Buscamos cambios en pequeñas porciones del planeta a medida que desaparecen y reaparecen en la vista, algo extraordinariamente desafiante», dice Challener.

WASP-18b, que tiene aproximadamente la masa de 10 Júpiters, orbita en solo 23 horas y tiene temperaturas que alcanzan los 5.000 grados Fahrenheit, proporcionó una señal relativamente fuerte, lo que lo convierte en un buen caso de prueba para la nueva técnica de mapeo.

Para hacer el mapa tridimensional, los astrónomos usaron las observaciones del instrumento Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) del JWST en muchas longitudes de onda (cada color correspondía a diferentes temperaturas y altitudes dentro de la atmósfera gaseosa de WASP-18b que podían ensamblarse para crear el mapa 3D).

La imagen confirmó regiones espectroscópicamente distintas (distintas en temperatura y posiblemente en composición química) en el «día visible» de WASP-18b, el lado que siempre está enfrentado a la estrella.

El planeta presenta un «punto caliente» circular donde la luz estelar más directa llega, y donde los vientos aparentemente no son lo suficientemente fuertes para redistribuir el calor. Rodeando el punto caliente hay un «anillo» más frío cerca de los bordes visibles externos del planeta, o límites.

Las mediciones mostraron niveles más bajos de vapor de agua en el punto caliente que el promedio de WASP-18b: «Creemos que eso es evidencia de que el planeta está tan caliente en esta región que está comenzando a descomponer el agua. Eso había sido predicho por la teoría, pero es realmente emocionante ver esto con observaciones reales».

Observaciones adicionales del JWST podrían ayudar a mejorar la resolución espacial del primer mapa de eclipse en 3D, ya que la técnica puede ayudar a iluminar los mapas de temperatura de otros Júpiters calientes, que constituyen cientos de los más de 6.000 exoplanetas confirmados hasta la fecha.

«Esta nueva técnica será aplicable a muchos otros planetas que podemos observar con el Telescopio Espacial James Webb. Podemos empezar a entender los exoplanetas en 3D como una población, lo cual es muy emocionante», concluye el astrónomo.