El hallazgo, con participación del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines – CATA, explica por primera vez con precisión el inusual brillo del exoplaneta LTT9779b.

Por Marco Antonio Fre Faúndez. Descubierto en el año 2020, LTT9779b es hasta hoy el único «Neptuno ultra-caliente» conocido: un planeta del tamaño de Neptuno que orbita muy cerca de su estrella, logrando dar una vuelta completa en solo 19 horas y alcanzando temperaturas superiores a los 2.000°K en su lado diurno.

Desde su aparición, este objeto ha llamado la atención por su brillo, reflejando cerca del 80% de la luz de su estrella, muchísimo más que cualquier otro planeta gigante conocido. Observaciones anteriores habían detectado ese brillo extremo, pero no podían explicar si se debía a nubes en su atmósfera o a que esta tuviera una cantidad inusualmente alta de metales.

Un nuevo estudio, publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters y liderado por investigadores del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines – CATA (proyecto financiado por ANID), logró resolver esa duda. Usando los instrumentos NIRISS y NIRSpec del Telescopio Espacial James Webb (JWST), el equipo analizó la luz que emite el planeta en una amplia cobertura de longitudes de onda (rango de colores), desde el visible hasta el infrarrojo, lo que les permitió estudiar su atmósfera con un nivel de detalle nunca antes logrado para este planeta.

El trabajo estuvo encabezado por Suman Saha, quien fue Investigador Postdoctoral del CATA durante el proceso de investigación y James Jenkins, Investigador Principal del CATA y académico de la Universidad Diego Portales (UDP), entre otros científicos internacionales.

El resultado confirmó la presencia de nubes de silicato de magnesio (Mg₂SiO₄) en la atmósfera diurna del planeta. A diferencia de las nubes de agua que conocemos en la Tierra, estas están hechas de un material mucho más exótico, parecido al vidrio o al cuarzo, que solo se forma a temperaturas altísimas. Estas partículas dispersan de manera muy eficiente la luz que reciben de su estrella, especialmente en el rango visible e infrarrojo, haciendo que gran parte de esa luz rebote de vuelta al espacio en lugar de ser absorbida.

Se trata de la primera detección estadísticamente significativa de nubes en el lado diurno de un exoplaneta de masa neptuniana, confirmando que estas son altamente reflectantes y las responsables del intenso brillo del planeta.

«La reflectividad de LTT9779b es mucho mayor que la de cualquier otro planeta gigante gaseoso conocido. A pesar de tener el tamaño de Neptuno, este objeto es análogo a los Júpiteres ultra-calientes, con una temperatura en su lado diurno que supera los 2.200°K, donde incluso minerales refractarios como las rocas pueden vaporizarse», señala Suman Saha.

El estudio también detectó monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera del planeta, además de entregar una primera estimación de abundancia de agua (H₂O). A partir de estas mediciones, el equipo determinó que LTT9779b tiene una razón carbono/oxígeno (C/O) muy superior a la solar, comparable a la de otros «Júpiteres ultra-calientes», pero inusual en gigantes gaseosos más fríos.

“El CO y el CO₂ son, junto al agua, las moléculas más abundantes en la atmósfera de este tipo de planetas después del hidrógeno y el helio. Medir con efectividad cuánto hay de cada una nos permite calcular con precisión esta relación (C/O) presente en su atmósfera, que se considera un indicador importante de la formación y la evolución de estos mundos”, explica Suman Saha.

Para analizar los datos, el equipo utilizó Geryon-3, el clúster de supercomputación del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines – CATA. A través de este, se realizaron los cálculos que permitieron reconstruir, a partir de la luz captada por el JWST, la composición química de la atmósfera del planeta y confirmar la presencia de las nubes.

“Este clúster fue fundamental para llevar a cabo los análisis de gran complejidad computacional realizados en este estudio, en particular las complejas recuperaciones atmosféricas que resultaron esenciales para detectar y caracterizar las nubes de silicato”, relata James Jenkins.

Además de explicar estas características, los resultados entregan nuevas pistas sobre cómo evolucionan las atmósferas de planetas sometidos a temperaturas extremas. Al comparar su composición con la observada en otros gigantes gaseosos, el estudio permite identificar procesos que podrían ser comunes entre distintos tipos de exoplanetas y contribuir a comprender el origen de su diversidad planetaria. Por lo tanto, el presente estudio constituye un importante punto de referencia para alcanzar ese objetivo.

«El trabajo aporta algunas de las primeras pruebas observacionales de esta vía evolutiva atmosférica en atmósferas ultra-calientes, y amplía a los gigantes gaseosos del tamaño de Neptuno un escenario que antes solo se había propuesto para los del tamaño de Júpiter», señala Jenkins.

Finalmente, los investigadores resaltan que estarán trabajando para comprender aún mejor cómo se forma la atmósfera, las nubes y su evolución en estos planetas tan particulares, a medida que surjan nuevas oportunidades gracias a la creciente disponibilidad de observaciones de alta precisión del JWST e instrumentos futuros como el Giant Magellan Telescope (GMT) y el Extremely Large Telescope (ELT).

«Tenemos previsto seguir colaborando con investigadores de todo el mundo para llevar a cabo estudios a gran escala sobre exoplanetas extremos y sus homólogos más fríos. Estos esfuerzos tienen como objetivo comprender cómo la diversidad planetaria determina la evolución atmosférica y si los planetas con atmósferas actuales muy diferentes siguen conservando rastros de sus orígenes comunes», concluye Suman Saha.

Enlace a investigación: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae82ed