El infierno de WASP-43b

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Ayer os hablé de un exoplaneta tipo Tierra en la zona habitable de su estrella. Hoy os traigo más noticias de exoplanetas, concretamente del llamado WASP-43b. Este planeta extrasolar tiene el tamaño de Júpiter pero con el doble de masa y es peculiar su órbita ya que se encuentra mucho más próximo a su estrella madre que cualquier planeta de nuestro sistema solar. Otra curiosidad es la duración de su año, uno de los más cortos: tan solo 19 horas.
Un equipo de astrónomos ha trabajado en dos estudios y como resultado han creado un detallado mapa meteorológico del exoplaneta. En primer lugar han mapeado la temperatura en las diferentes capas de la atmósfera del exoplaneta. Por otro lado, también han medido la distribución del vapor de agua en su interior.
"Nuestras observaciones proporcionan un mapa bidimensional de la estructura térmica del planeta", afirma Kevin Stevenson de la University of Chicago (Estados Unidos), autor principal de uno de los estudios. "Estos mapas pueden ser usados para mejorar los modelos de circulación de calor", explica Stevenson.
Imagen 1: Esquema de la órbita del exoplaneta WASP-43b. La escala de color representa la temperatura de su atmósfera. Créditos: NASA / ESA / Z. Levay (STScI).
Vientos y temperaturas extremas
El planeta está bloqueado por marea, esto quiere decir que al igual que nuestra Luna, siempre muestra la misma cara a su estrella, por lo que tiene un hemisferio permanentemente iluminado y otro sumido en la oscuridad. Observaciones del Telescopio EspacialHubble muestran que este exoplaneta tiene vientos fluyendo desde la cara diurna hacia la nocturna que alcanzan una velocidad superior a los 1.200 Km/h.
Como dato curioso, en la parte diurna del exoplaneta podría fundirse un trozo de hierro ya que se alcanzan temperaturas superiores a 1.500º C. Sin embargo, en su parte nocturna, las temperaturas son un poco menores: sobre los 1.000º C.
Espectroscopía
Observando como la atmósfera del planeta filtra los rayos de luz procedentes de su estrella madre, aplicando la técnica de la espectroscopía de transmisión se puede determinar la abundancia de agua en la zona de atmósfera que limita con los dos hemisferios.
Con el fin de hacer el mapa más detallado, el equipo también midio esa abundancia de agua y la temperatura en diferentes puntos de la órbita. Usando los instrumentos del Hubble, han podido estudiar la luz procedente del planeta mediante otro tipo de espectroscopía, la de emisión.
Imagen 2: Datos obtenidos por el telescopio espacial Hubble mostrando la curva integrando la fase del exoplaneta. Los colores indican los días en los que los datos fueron tomados. Créditos: Science Express / K.B. Stevenson et al.
"Hemos sido capaces de observar tres rotaciones completas, tres años de este planeta, durante una ventana temporal de solo cuatro días", explica Jacob Bean de la University of Chicago (Estados Unidos), investigador principal del proyecto. "Esto fue fundamental para permitirnos crear el primer mapa de temperaturas completo para el exoplaneta y sondear su atmósfera para saber qué elementos posee y dónde están situados", añade.
Al haber encontrado las proporciones de los diferentes elementos en la atmósfera planetaria, nos han aportado datos vitales para comprender cómo se formaron ese tipo de planetas.
Un laboratorio único
"Al no haber ningún planeta torturado con esas condiciones en nuestro sistema solar, la caracterización de la atmósfera de un mundo así nos ofrece un laboratorio único con el que adquirir una mejor comprensión de la formación de planetas", explica Nikku Madhusudhan de la Cambridge University (Reino Unido), coautor de ambos estudios.
Imagen 3: Resolución longitudinal de mapas de temperatura en brillo de WASP-43b en cada uno de los quince canales espectrofotométricos. Créditos: Science Express / K.B. Stevenson et al.
El equipo vio que WASP- 43b refleja muy poca luz de su estrella madre. Una atmósfera como la de la Tierra con las nubes que reflejan la mayor parte de la luz del Sol es muy distinta a la de WASP-43b, sin embargo, el equipo sí encontró vapor de agua.
Es gigante pero distinto a Júpiter
"El planeta es tan caliente que todo el agua está vaporizada en lugar de condensada, que es como la encontramos en Júpiter", afirma Laura Kreidberg de la University of Chicago, autora principal de uno de los estudios.
Se cree que el agua desempeña un papel fundamental a la hora de formar planetas gigantes. En base a modelos teóricos, son cuerpos cometarios los que impactan sobre planetas jóvenes para proporcionarles la mayor parte del agua que poseen. Sin embargo, la abundancia de agua en los planetas gigantes de nuestro sistema solar es más dificil de identificar porque está en estado sólido en zonas profundas de sus atmósferas.
"Las sondas espaciales no han sido capaces de penetrar lo suficientemente en la atmósfera de Júpiter para obtener una medición precisa de su abundancia de agua. Pero este planeta gigante es diferente", explica Derek Homeier del École Normale Supérieure de Lyon (Francia), coautor de uno de los estudios. "El agua de WASP- 43b al estar en forma de vapor es mucho más fácil de ser detectada. Así que no sólo la hemos encontrado, sino que hemos sido capaces de medir directamente la cantidad que hay y establecer las variaciones a lo largo del tiempo".
Imagen 4: Resultados de la espectroscopía de emisión (a) y transmisión (b) sobre el exoplaneta WASP-43b. Créditos: The Astrophysical Journal Letters / L. Kreidberg et al.
En WASP-43b el equipo encontró la misma cantidad de agua que la esperada en un objeto con la misma composición química que el Sol. "Esto nos aporta algo fundamental acerca de cómo se formó el planeta", dice Kreidberg. "A continuación, nuestro objetivo es hacer mediciones de la abundancia de agua para diferentes planetas y aprender más acerca de cómo se forman los planetas de diferentes tamaños", añade.
Kreidberg también está esperando la llegada del James Webb Space Telescope, ya que con este nuevo ingenio en el espacio, todo esto será mucho más fácil y se podrá llegar mucho más lejos ya que no sólo podrá medir la abundancia de agua, sino también las abundancias de monóxido de carbono, dióxido de carbono, amoníaco y metano.

Los resultados han sido publicados en dos artículos, en Science Express el 9 de octubre y el The Astrophysical Journal Letters el 12 de septiembre bajo los títulos "A precise water abundance measurement for the hot Jupiter WASP-43b" y "Thermal structure of an exoplanet atmosphere from phase-resolved emission spectroscopy", respectivamente.
El equipo que ha llevado a cabo la investigación está formado por L. Kreidberg (University of Chicago, Estados Unidos), J. Bean (University of Chicago, Estados Unidos), J-M. Desert (University of Colorado, Estados Unidos), M.R. Line (University of California, Estados Unidos), J.J. Fortney (University of California, Estados Unidos), N. Madhusudhan (University of Cambridge, Reino Unido), K.B. Stevenson (University of Chicago, Estados Unidos), A.P. Showman (The University of Arizona, Estados Unidos), D. Charbonneau (Harvard University, Estados Unidos), P.R. McCullough (Space Telescope Science Institute, Estados Unidos), S. Seager (Massachussetts Insitute of Technology, Estados Unidos), A. Burrows (Princeton University, Estados Unidos), G.W. Henry (Tennessee State University, Estados Unidos), M.Williamson (Tennessee State University, Estados Unidos), T. Kataria (The University of Arizona, Estados Unidos) y D. Homeier (CRAL/École Normale Supérieure de Lyon, Francia).

Notas de prensa:- Hubble reveals most detailed exoplanet weather map ever (ESA)- Hubble Maps the Temperature and Water Vapor on an Extreme Exoplanet (STScI)
Artículos científicos:- A precise water abundance measurement for the hot Jupiter WASP-43b (pdf)- Thermal structure of an exoplanet atmosphere from phase-resolved emission spectroscopy (pdf)
Referencias:- Hubble site- Time-lapse video of WASP-43b over one planet rotation- Kreidberg video describing the results- WASP planets- SuperWASP
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