¿Ciclones en el espacio? Descubra cómo el Hubble descubrió condiciones climáticas extremas en un planeta distante

Clima tormentoso en exhibición en un 'Júpiter caliente'

EL JúpiterEl planeta WASP-121 b no es un lugar al que llamar hogar. Para empezar, orbita muy cerca de una estrella más brillante y caliente que el Sol. El planeta está tan peligrosamente cerca de su estrella que su atmósfera superior alcanza los 3.400 grados. Fahrenheit – más caliente que un alto horno de acero.

Un torrente de luz ultravioleta procedente de la estrella anfitriona está calentando la atmósfera superior del planeta, provocando que gases de magnesio y hierro escapen al espacio. Las poderosas fuerzas de marea gravitacional de la estrella han alterado la forma del planeta para que parezca más parecido a un balón de fútbol. Combinando varios años de telescopio espacial Hubble Mediante observaciones basadas en modelos informáticos, los astrónomos han encontrado pruebas de ciclones masivos que se arremolinan en el planeta infernal. Los ciclones se crean y destruyen repetidamente debido a la gran diferencia de temperatura entre el lado del planeta que mira hacia las estrellas y el lado nocturno. exoplaneta.

Esta es la concepción artística del exoplaneta WASP-121 b, también conocido como Tylos. La apariencia del exoplaneta se basa en los datos de simulación del objeto por parte del Hubble. Utilizando observaciones del Hubble, otro equipo de científicos había informado previamente sobre la detección de metales pesados ​​como magnesio y hierro que se escapan de la atmósfera superior del exoplaneta ultracaliente Júpiter; marcándolo como la primera detección de este tipo. El exoplaneta orbita peligrosamente cerca de su estrella anfitriona, aproximadamente al 2,6% de la distancia entre la Tierra y el Sol, lo que lo pone a punto de ser destrozado por las fuerzas de marea de la estrella. Poderosas fuerzas gravitacionales han alterado la forma del planeta. Créditos: NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

El Telescopio Espacial Hubble observa cambios en la atmósfera del exoplaneta durante 3 años

Combinando varios años de observaciones de NASAEl Telescopio Espacial Hubble, junto con modelos por computadora, los astrónomos han encontrado evidencia de ciclones masivos y otras actividades climáticas dinámicas que se arremolinan en un planeta caliente del tamaño de Júpiter a 880 años luz de distancia.

El planeta, llamado WASP-121 b, no es habitable. Pero este resultado representa un gran avance en el estudio de los patrones climáticos en mundos distantes y quizás, en última instancia, en el descubrimiento de exoplanetas potencialmente habitables con climas estables a largo plazo.

En las últimas décadas, observaciones detalladas con telescopios y naves espaciales de planetas cercanos de nuestro sistema solar muestran que sus atmósferas turbulentas no son estáticas sino que cambian constantemente, al igual que el clima en la Tierra. Esta variabilidad también debería aplicarse a los planetas alrededor de otras estrellas. Pero se necesitan muchas observaciones detalladas y modelos computacionales para medir realmente tales cambios.

Un gran avance en la observación meteorológica de exoplanetas

Para realizar el descubrimiento, un equipo internacional de astrónomos reunió y reprocesó observaciones del Hubble de WASP-121 b tomadas en 2016, 2018 y 2019.

Descubrieron que el planeta tiene una atmósfera dinámica que cambia con el tiempo. El equipo utilizó sofisticadas técnicas de modelado para demostrar que estas dramáticas variaciones temporales podrían explicarse por patrones climáticos en la atmósfera del exoplaneta.

Esta visualización muestra el pronóstico de temperatura de 130 días de exoplaneta, entre el amanecer, el mediodía, el atardecer y la medianoche para el exoplaneta WASP-121 b, también conocido como Tylos. Las regiones amarillas más brillantes representan áreas en el lado diurno del exoplaneta donde las temperaturas se elevan muy por encima de los 2.100 grados Kelvin (3.320 grados Fahrenheit); debido a su proximidad a su estrella anfitriona, aproximadamente el 2,6% de la distancia entre la Tierra y el Sol. Debido a la extrema diferencia de temperatura entre el lado diurno y el lado nocturno, los astrónomos sospechan que el hierro evaporado y otros metales son partículas pesadas que escapan a las capas superiores. de la atmósfera durante el día vuelven parcialmente a las capas inferiores, lloviendo hierro durante la noche. Algunos metales pesados ​​escapan a la gravedad del planeta incluso desde la atmósfera superior. Créditos: NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

El equipo descubrió que la atmósfera de WASP-121 b muestra diferencias notables entre las observaciones. Lo más dramático es que podría haber enormes frentes climáticos, tormentas y enormes ciclones que se crean y destruyen repetidamente debido a la gran diferencia de temperatura entre el lado que mira a las estrellas y el lado oscuro del exoplaneta. También detectaron una aparente compensación entre la región más caliente del exoplaneta y el punto del planeta más cercano a la estrella, así como variabilidad en la composición química de la atmósfera del exoplaneta (medida mediante espectroscopia).

El equipo llegó a estas conclusiones utilizando modelos computacionales para ayudar a explicar los cambios observados en la atmósfera del exoplaneta. «El notable detalle de nuestras simulaciones de atmósferas de exoplanetas nos permite modelar con precisión el clima en planetas ultracalientes como WASP-121 b», explicó Jack Skinner, investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California, y co- líder de este estudio. «Aquí damos un importante paso adelante al combinar limitaciones de observación con simulaciones atmosféricas para comprender las variaciones climáticas a lo largo del tiempo en estos planetas».

«Este es un resultado extremadamente emocionante a medida que avanzamos en la observación de patrones climáticos en exoplanetas», dijo uno de los investigadores principales del equipo, Quentin Changeat, investigador. Agencia Espacial Europea Investigador del Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. «Estudiar el clima de los exoplanetas es vital para comprender la complejidad de las atmósferas de los exoplanetas en otros mundos, especialmente en la búsqueda de exoplanetas con condiciones habitables».

Esta visualización muestra los patrones climáticos en el exoplaneta WASP-121 b, también conocido como Tylos. Este vídeo fue ralentizado para observar más de cerca los patrones en la atmósfera del exoplaneta. Créditos: NASA, ESA, Quentin Changeat (ESA/STScI), Mahdi Zamani (ESA/Hubble)

WASP-121 b: un estudio de caso en atmósferas exoplanetarias

WASP-121 b está tan cerca de su estrella madre que el período orbital es de sólo 1,27 días. Esta proximidad significa que el planeta está bloqueado por mareas, de modo que el mismo hemisferio siempre mira hacia la estrella, de la misma manera que nuestra Luna siempre tiene el mismo lado apuntando hacia la Tierra. Las temperaturas diurnas se acercan a los 3.450 grados Fahrenheit (2.150 grados Kelvin) en el lado estelar del planeta.

El equipo utilizó cuatro conjuntos de observaciones de archivo del Hubble de WASP-121 b. El conjunto de datos completo incluía observaciones de WASP-121 b en tránsito frente a su estrella (tomada en junio de 2016); WASP-121 b pasando detrás de su estrella, también conocido como eclipse secundario (tomado en noviembre de 2016); y el brillo de WASP-121 b en función de su ángulo de fase relativo a la estrella (la cantidad variable de luz recibida en la Tierra desde un exoplaneta mientras orbita su estrella madre, similar al ciclo de fase de nuestra Luna). Estos datos se recopilaron en marzo de 2018 y febrero de 2019 respectivamente.

«El conjunto de datos reunido representa una cantidad significativa de tiempo de observación para un solo planeta y actualmente es el único conjunto consistente de observaciones repetidas», dijo Changeat. La información que extrajimos de esas observaciones se utilizó para inferir la química, la temperatura y las nubes de la atmósfera de WASP-121 b en diferentes momentos. Esto nos dio una imagen exquisita del planeta cambiando con el tiempo”.

Las capacidades únicas del Hubble también son evidentes en la amplia gama de programas científicos que permitirá a través de las observaciones del Ciclo 31, que comenzó el 1 de diciembre. Aproximadamente dos tercios del tiempo del Hubble se dedicarán a estudios de imágenes, mientras que el resto se asignará a estudios de espectroscopia. , como los utilizados para WASP-121 b. Se pueden encontrar más detalles sobre la ciencia del Ciclo 31 en un anuncio reciente.

Referencia: «¿Es variable la atmósfera del planeta ultracaliente Júpiter WASP-121b?» por Quentin Changeat, Jack W. Skinner, James YK. Cho, Joonas Nättilä, Ingo P. Waldmann, Ahmed F. Al-Refaie, Achrène Dyrek, Billy Edwards, Thomas Mikal-Evans, Max Joshua, Giuseppe Morello, Nour Skaf, Angelos Tsiaras, Olivia Venot y Kai Hou Yip, 2 de enero de 2023, Astrofísica > Astrofísica terrestre y planetaria.
arXiv:2401.01465

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, opera el telescopio. El Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas con Hubble y Webb. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.