JWST revela aerosoles e hidrocarburos en la atmósfera de un planeta que orbita una estrella muerta
Imagen destacada: Impresión artística de un planeta del tamaño de Júpiter transitando una enana blanca; crédito: NASA/ESA/Joseph Olmsted (STScI)
Por primera vez, los astrónomos han detectado una atmósfera en un planeta que transita una estrella muerta. Utilizando el telescopio espacial James Webb, un equipo internacional liderado por la Universidad de St Andrews ha identificado pequeñas partículas de nubes (aerosoles) e hidrocarburos, muy probablemente metano, en la atmósfera de WD 1856 b, un mundo del tamaño de Júpiter que orbita una enana blanca a 80 años luz de la Tierra. Los hallazgos fueron publicados el 1 de julio en Nature.
El descubrimiento es un hito para la ciencia de exoplanetas. Las enanas blancas son las brasas de estrellas similares al Sol que han agotado su combustible nuclear y han desprendido sus capas externas, colapsando en restos estelares del tamaño de la Tierra. Hasta ahora, nadie había logrado caracterizar la atmósfera de un planeta atrapado en un sistema de este tipo.
WD 1856 b completa una órbita cada 34 horas a una distancia de solo 0.02 unidades astronómicas, más de 50 veces más cerca de lo que la Tierra está del Sol. A pesar de la órbita ajustada, el planeta no es calentado solo por su estrella anfitriona: JWST midió una temperatura diurna de aproximadamente 400 Kelvin (127 grados Celsius), significativamente más caliente de lo que predeciría el calentamiento estelar pasivo. El exceso de calor es un vestigio del recalentamiento por marea que ocurrió cuando las perturbaciones gravitacionales de estrellas compañeras en este sistema triple lanzaron al planeta a su órbita actual, miles de millones de años después de que la enana blanca se formara.
«La gran pregunta es cómo terminó WD 1856 b donde está hoy», dijo Christopher O’Connor de la Universidad Northwestern, coautor del estudio.
La respuesta parece ser la migración de alta excentricidad. El planeta originalmente orbitaba lejos de su estrella madre y sobrevivió a la fase de gigante roja que habría engullido cualquier mundo en el sistema interno. Unos 3 a 5 mil millones de años después de que la estrella se convirtiera en una enana blanca, los empujones gravitacionales de las compañeras estelares enviaron al planeta precipitándose hacia su órbita actual cercana, donde las fuerzas de marea circularizaron la trayectoria y recalentaron la atmósfera. El momento de este recalentamiento descarta tanto la englación durante la fase de gigante roja como el enfriamiento pasivo durante 10 mil millones de años.
El espectro de transmisión, obtenido durante breves tránsitos de 8 minutos utilizando el instrumento NIRSpec PRISM de JWST, revela una envoltura de hidrógeno/helio enriquecida en carbono con aproximadamente un 7 por ciento de metano en volumen y una relación carbono/hidrógeno 100 veces superior a la del Sol. Una capa de nubes ópticamente densa de partículas de cloruro de potasio se encuentra a una altitud de aproximadamente 100 milibares. La detección de hidrocarburos con una confianza combinada de 3.6 a 4.5 sigma marca la primera vez que se identifican dichos compuestos en la atmósfera de un planeta de una enana blanca.
«Es como usar una máquina del tiempo para asomarse al futuro lejano de nuestro Sistema Solar», dijo el autor principal Ryan MacDonald de la Universidad de St Andrews.
En unos 5 mil millones de años, el Sol se convertirá en una gigante roja, engullendo Mercurio, Venus y posiblemente la Tierra. Júpiter y Saturno podrían sobrevivir, migrando hacia el interior mediante un mecanismo similar y terminando como objetos muy parecidos a WD 1856 b, Júpiteres calientes orbitando una brasa de enana blanca. El enriquecimiento de carbono de la atmósfera de este planeta también sugiere que acrecentó material rico en volátiles, incluidos hielo y materia orgánica, durante o después de su migración.
La investigación se realizó bajo el programa JWST GO-2358 (IP: MacDonald) utilizando datos de abril de 2023. Dos procesos de reducción independientes, FIREFLy y Juniper, produjeron resultados consistentes. Ya se han observado cuatro tránsitos adicionales con JWST para una caracterización más profunda de la química atmosférica del planeta.
Traducido por Alessandra