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Hubble detecta el exoplaneta con la atmósfera del agua que brilla intensamente

Artist's concept shows hot Jupiter WASP-121
El concepto de este artista muestra Hot Jupiter en Avispa-121B, que presenta la mejor evidencia aún de una estratosfera en un exoplaneta.
Créditos: motor House VFX, at-Centro de Ciencias de Bristol, Universidad de Exeter

Los científicos han descubierto la evidencia más fuerte hasta la fecha para una estratosfera en un planeta fuera de nuestro sistema solar, o exoplaneta. Una estratosfera es una capa de atmósfera en la cual la temperatura aumenta con altitudes más altas.

"Este resultado es emocionante porque demuestra que un rasgo común de la mayoría de las atmósferas en nuestro sistema solar--una estratosfera caliente--también se puede encontrar en atmósferas del exoplaneta," Said Mark Marley, coautor del estudio basado en el centro de investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California. "Ahora podemos comparar procesos en atmósferas exoplanetas con los mismos procesos que ocurren bajo diferentes conjuntos de condiciones en nuestro propio sistema solar."

Reportando en la revista Nature, los científicos usaron datos del telescopio espacial Hubble de la NASA para estudiar la Avispa-121B, un tipo de exoplaneta llamado "Júpiter caliente". Su masa es 1,2 veces la de Júpiter, y su radio es de alrededor de 1,9 veces Júpiter--haciéndolo puffier. Pero mientras que Júpiter gira alrededor de nuestro Sol una vez cada 12 años, WASP-121B tiene un período orbital de apenas 1,3 días. Este exoplaneta está tan cerca de su estrella que si se acercaba más, la gravedad de la estrella empezaría a destrozarlo. También significa que la parte superior de la atmósfera del planeta se calienta a un ardiente 4.600 grados Fahrenheit (2.500 Celsius), lo suficientemente caliente como para hervir algunos metales. El sistema WASP-121 se estima que está aproximadamente 900 años luz de la Tierra – un largo camino, pero cerca de los estándares galácticos.
La parte superior de la atmósfera del planeta se calienta a un ardiente 4.600 grados Fahrenheit (2.500 Celsius), lo suficientemente caliente como para hervir algunos metales.
Créditos: NASA, esa, y G. Bacon (STSci)

La investigación anterior encontró muestras posibles de una estratosfera en el exoplaneta Avispa-33B así como algunos otros Júpiter calientes. El nuevo estudio presenta la mejor evidencia aún debido a la firma de moléculas de agua caliente que los investigadores observaron por primera vez.

"Los modelos teóricos han sugerido que la estratosfera puede definir una clase distinta de planetas ultra calientes, con importantes implicaciones para su física y química atmosférica", dijo Tom Evans, autor principal e investigador de la Universidad de Exeter, Reino Unido. "Nuestras observaciones apoyan esta imagen. Esta animación de 360 ° representa el planeta WASP-121B; un exoplaneta con una atmósfera de agua resplandeciente. Con una atmósfera lo suficientemente caliente como para hervir el hierro, la avispa-121B es un tipo de exoplaneta conocido como "Júpiter caliente". El planeta orbita estrechamente a su estrella anfitriona, ubicada en la constelación de ' Puppis ', a unos 900 años luz de distancia de la Tierra.

Para estudiar la estratosfera de la Avispa-121B, los científicos analizaron cómo las diferentes moléculas en la atmósfera reaccionan a las longitudes de onda particulares de la luz, usando las capacidades de Hubble para la espectroscopia.  El vapor de agua en la atmósfera del planeta, por ejemplo, se comparan de manera predecible en respuesta a ciertas longitudes de onda de luz, dependiendo de la temperatura del agua.

Starlight es capaz de penetrar profundamente en la atmósfera de un planeta, donde aumenta la temperatura del gas allí. Este gas irradia entonces su calor al espacio como luz infrarroja. Sin embargo, si hay vapor de agua más fresco en la parte superior de la atmósfera, las moléculas de agua impedirán que ciertas longitudes de onda de esta luz se escapen al espacio. Pero si las moléculas de agua en la parte superior de la atmósfera tienen una temperatura más alta, se encenderán en las mismas longitudes de onda.

"La emisión de luz del agua significa que la temperatura está aumentando con la altura", dijo Tiffany Kataria, coautor del estudio con sede en el Laboratorio de Propulsión a Jet de la NASA, Pasadena, California. "Estamos entusiasmados por explorar las longitudes que este comportamiento persiste con las próximas observaciones del Hubble."

El fenómeno es similar a lo que sucede con los fuegos artificiales, que consiguen sus colores de los productos químicos que emiten la luz. Cuando las sustancias metálicas se calientan y se vaporizan, sus electrones se mueven hacia Estados de mayor energía. Dependiendo del material, estos electrones emitirán luz en longitudes de onda específicas a medida que pierden energía: el sodio produce el amarillo anaranjado y el estroncio produce rojo en este proceso, por ejemplo. Las moléculas de agua en la atmósfera de WASP-121B dan semejantemente apagado la radiación mientras que pierden energía, pero bajo la forma de luz infrarroja, que el ojo humano es incapaz de detectar.

En la estratosfera de la tierra, el gas de ozono atrapa la radiación ultravioleta del Sol, lo que eleva la temperatura de esta capa de atmósfera. Otros cuerpos del sistema solar también tienen estratosfera; el metano es el responsable de la calefacción en las estratosfera de Júpiter y la luna de Saturno Titán, por ejemplo.

En los planetas del sistema solar, el cambio de temperatura dentro de una estratosfera es típicamente de alrededor de 100 grados Fahrenheit (unos 56 grados centígrados). En WASP-121B, la temperatura en la estratosfera se levanta por 1.000 grados (560 grados de centígrado). Los científicos todavía no saben qué productos químicos están causando el aumento de la temperatura en la atmósfera 121b's. El óxido de vanadio y el óxido de titanio son candidatos, ya que son comúnmente vistos en enanas marrones, "estrellas fallidas" que tienen algunas similitudes con exoplanetas. Estos compuestos se espera que estén presentes sólo en el más caliente de los Júpiter calientes, ya que las altas temperaturas son necesarias para mantenerlos en un estado gaseoso.

"Este súper caliente exoplaneta va a ser un punto de referencia para nuestros modelos atmosféricos, y será un gran objetivo de observación que se mueve hacia la era Webb", dijo Hannah Wakeford, coautor del estudio que trabajó en esta investigación, mientras que en el centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El centro de vuelo espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, maneja el telescopio. El Instituto espacial de ciencia del telescopio (STScI) en Baltimore, Maryland, conduce operaciones de la ciencia del Hubble. STScI es operado por la NASA por la Asociación de universidades para la investigación en astronomía, Inc., en Washington. Caltech administra el JPL para la NASA.

Last Updated: Aug. 4, 2017
Editor: Tony Greicius

Traducción: El Quelonio Volador

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