La primera medición de la masa del núcleo de un exoplaneta

Concepto artístico del exoplaneta WASP-107b. Crédito: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University

El telescopio James Webb ha permitido, por primera vez, realizar una medición de la masa del núcleo de un exoplaneta. Se trata de WASP-107b, un mundo con un tamaño similar al de Júpiter, pero con una cantidad de masa muy baja. Los datos han pintado un panorama que resulta muy intrigante.

La medición de la masa del núcleo del exoplaneta WASP-107b

En el interior de WASP-107b, un planeta que por su densidad recuerda a una nube de algodón, se oculta una cantidad de metano muy baja y un núcleo enorme. Esto es lo que han mostrado los datos recopilados por el telescopio James Webb. Supone la primera vez que se logra determinar la masa del núcleo de un exoplaneta. Por ello, se espera que sea un cimiento de próximos estudios de atmósferas e interiores de exoplanetas. Un aspecto esencial en el interesante campo de búsqueda de mundos habitables de lejos del Sistema Solar.

Concepto artístico de los procesos en el interior del exoplaneta WASP-107b. Crédito: Roberto Molar Candanosa/Johns Hopkins University

Los propios investigadores explican que la idea de poder entender el interior de un planeta, a cientos de años-luz, podría parecer una idea imposible. Sin embargo, al saber la masa, radio, composición de la atmósfera y la temperatura del interior, se tiene toda la información necesaria para tener una buena idea de cómo es el interior y la masa del núcleo. Lo más interesante es que además, según cuentan, es algo que ahora se puede aplicar a diferentes planetas gaseosos en otros sistemas estelares de la Vía Láctea. En este caso, el metano ha sido lo más llamativo.

En el estudio, los investigadores explican que WASP-107b tiene mil veces menos metano de lo que se esperaría. Además, su núcleo es 12 veces más masivo que el de la Tierra. El exoplaneta tiene una atmósfera con una temperatura altísima y es tan esponjoso como el algodón. Orbita en torno a una estrella a 200 años-luz. Su esponjosidad se debe a que tiene el tamaño de Júpiter, pero solo tiene una décima parte de su masa. A pesar de que tiene metano (un bloque de la vida), no estamos ante un planeta que se pueda considerar habitable.

Un planeta demasiado cálido y sin superficie sólida

Ya no solo por el hecho de tratarse de un gigante gaseoso. El planeta no está en la zona habitable (está demasiado cerca de su estrella y no tiene una superficie sólida). A pesar de ello, podría ayudar a obtener información importante sobre las etapas más posteriores de la evolución de un planeta. En un estudio diferente, otro grupo de científicos ha detectado metano con el telescopio James Webb y ha obtenido información muy similar sobre la densidad y tamaño del planeta. Así, explican que quieren buscar planetas más parecidos a los gigantes gaseosos de nuestro sistema.

En nuestro rincón de la galaxia, los planetas gigantes tienen mucho metano en sus atmósferas. Esto es lo que hace que WASP-107b resulte tan interesante. No sabían por qué los niveles de metano podrían ser tan bajos. Las nuevas mediciones del metano de este mundo pintan un panorama muy curioso. Sugieren que la molécula se transforma en otros compuestos a medida que asciende por el interior del planeta. Interactúa con una mezcla de otros elementos químicos y la luz de la estrella en las capas altas de la atmósfera. También se han captado otros compuestos.

Específicamente, dióxido de azufre, vapor de agua, dióxido (y monóxido) de carbono. Además, WASP-107b tiene más elementos pesados que Urano y Neptuno. Todo esto está permitiendo comprender mejor cómo se comportan las atmósferas de los planetas en condiciones extremas. Los investigadores van a realizar más observaciones similares a lo largo del próximo año, estudiando otros 25 mundos. Hasta ahora, nunca se había podido estudiar con detalle este proceso de mezclado en la atmósfera de un exoplaneta. Así que esperan que sea un gran paso adelante.

La medición de la masa del núcleo del exoplaneta WASP-107b es desconcertante

También se había especulado que el tamaño del planeta se debía a una fuente de calor en el interior. Al combinar modelos del comportamiento de la atmósfera y del interior, con los datos de Webb, han logrado explicar de qué manera la termodinámica del planeta influye en su atmósfera. WASP-107b tiene un núcleo caliente. Esa fuente de calor está cambiando la química de los gases a grandes profundidades y, además, está provocando una corriente de convección, desde el interior, que propicia el proceso de mezclado. Este calor sería el responsable de provocar que esos gases cambien.

Concepto artístico del telescopio espacial James Webb. Crédito: NASA

Además, añaden, específicamente destruye metano y crea grandes cantidades de dióxido y monóxido de carbono. Este nuevo hallazgo es, también, la conexión más clara que los científicos han logrado establecer entre el interior de un exoplaneta y las capas altas de su atmósfera. En 2023, James Webb detectó dióxido de azufre a 700 años-luz, en el exoplaneta WASP-39b. Fue la primera evidencia de un compuesto atmosférico creado por las reacciones producidas por la interacción con la luz de la estrella. En cualquier caso, queda trabajo por delante.

Los investigadores, ahora, quieren centrarse en qué hace que el núcleo permanezca caliente. Creen que puede tratarse de fuerzas similares a las que provocan las mareas, en los océanos de la Tierra, que provoquen ese calentamiento. Quieren determinar si el planeta está siendo estrujado (estirado y aplastado) por la gravedad de la estrella. Y, si es así, de qué manera esto podría provocar que el núcleo tenga una temperatura tan elevada. Es un primer estudio que abre las puertas a un campo en el que, seguramente, veremos descubrimientos muy sorprendentes.

Estudio

El estudio es D. Sing, Z. Rustamkulov, D. Thorngren et al.; «A warm Neptune’s methane reveals core mass and vigorous atmospheric mixing». Publicado en la revista Nature el 20 de mayo de 2024. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.

Referencias: Phys

Alex Riveiro: Divulgador científico. Autor de "Hacia las estrellas: una breve guía del universo", "Más allá de las estrellas: ¿estamos solos en el universo?" y la saga de ciencia ficción "Ecos de un futuro distante". Colaborador en eltiempo.es y Otros Mundos. También en Twitter, YouTube, Twitch e iVoox.
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