Vapor de agua, dióxido de azufre y nubes de arena en la atmósfera del exoplaneta WASP-107b

El telescopio espacial James Webb ha detectado vapor de agua, dióxido de azufre y nubes de arena en la atmósfera de WASP-107b, un exoplaneta cercano de tamaño similar a Júpiter que orbita alrededor de una estrella un poco más fría y menos masiva que nuestro Sol.

El hallazgo, realizado por un equipo de astrónomos europeos codirigido por el Instituto de Astronomía de la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica), ha sido posible gracias a MIRI, el instrumento del James Webb que permite observar el universo en el infrarrojo cercano y medio, y ver objetos fríos, objetos muy lejanos -como las primeras galaxias- y objetos ocultos por el polvo.

Uno de estos fascinantes mundos es WASP-107b, un exoplaneta gaseoso con una masa similar a la de Neptuno, pero mucho más grande, casi como Júpiter, lo que hace que el planeta sea bastante "esponjoso" comparado con los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar.

Su extraordinaria esponjosidad permitió al equipo observar su atmósfera y desentrañar su compleja composición química (las características espectrales son mucho más prominentes en una atmósfera menos densa que en una más compacta).

Según el estudio, cuyos detalles se publican este miércoles en Nature, en la atmósfera de WASP-107b hay vapor de agua, dióxido de azufre (SO2) y nubes de silicato. Además, no hay rastro del gas de efecto invernadero metano, dato que proporciona información esencial sobre la dinámica y la química del planeta.

Nubes de arena

El hallazgo del dióxido de azufre fue una sorpresa, dado que los modelos previos al estudio habían predicho que no habría.

Pero, aunque su estrella anfitriona emite una fracción relativamente pequeña de fotones de alta energía, la naturaleza esponjosa del planeta permite que estos fotones lleguen a las profundidades de la atmósfera y produzcan las reacciones químicas necesarias para generar dióxido de azufre.

Además, el equipo ha observado que tanto las características espectrales del dióxido de azufre como las del vapor de agua están significativamente disminuidas en comparación con lo que serían en un escenario sin nubes.

Respecto a las nubes, el equipo ha identificado su composición química, y ha detectado pequeñas partículas de silicato, un elemento primario de la arena.

En los planetas gaseosos que alcanzan temperaturas en torno a los 1,000 grados centígrados, las partículas de silicato pueden congelarse y formar nubes pero en WASP-107b, con una temperatura de unos 500 grados Celsius en la atmósfera exterior, los modelos tradicionales predecían que estas nubes se formarían a más profundidad en la atmósfera, donde las temperaturas son muchísimo más altas.

Pero las nubes de arena en lo alto de la atmósfera producen lluvia. ¿Cómo es posible que estas nubes de arena existan a gran altitud y sigan perdurando?.

Según el autor principal, Michiel Min, que se vean "estas nubes de arena a gran altura en la atmósfera debe significar que las gotas de lluvia de arena se evaporan en capas más profundas, muy calientes, y el vapor de silicato resultante se desplaza eficazmente de nuevo hacia arriba, donde se recondensa para formar nubes de silicato una vez más. Esto es muy similar al ciclo del vapor de agua y las nubes en nuestra Tierra, pero con gotas hechas de arena".

Este continuo ciclo de sublimación y condensación a través del transporte vertical es responsable de la presencia duradera de nubes de arena en la atmósfera de WASP-107b, concluye el estudio.

La investigación no solo arroja luz sobre el exótico mundo de WASP-107b, sino que también amplía los límites de nuestra comprensión de las atmósferas exoplanetarias y marca un hito en la exploración exoplanetaria, al revelar la intrincada interacción de las sustancias químicas y las condiciones climáticas en estos mundos distantes.

"JWST está revolucionando la caracterización de exoplanetas, proporcionando información sin precedentes a una velocidad extraordinaria", afirma el autor principal, el profesor Leen Decin, de la Universidad Católica de Lovaina.