Gracias a observaciones realizadas con el telescopio espacial James Webb (JWST), un equipo científico internacional, en el que participa el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha confirmado variaciones en la atmósfera matutina y vespertina del exoplaneta WASP-39 b, situado a unos 700 años luz de la Tierra. La investigación ha revelado diferencias de temperatura y presión atmosférica, así como indicios de distinta nubosidad y de vientos que podrían alcanzar miles de kilómetros por hora. Los resultados se publican en la revista Nature.
WASP-39 b es un planeta gigante, con un diámetro 1,3 veces superior al de Júpiter, pero con una masa similar a la de Saturno, que orbita alrededor de una estrella situada a unos 700 años luz de la Tierra. El exoplaneta está vinculado a su estrella madre por fuerzas de marea, como la Luna a la Tierra, lo que significa que tiene una cara diurna y otra nocturna constantes: un lado del planeta está siempre expuesto a su estrella, mientras que el otro permanece a oscuras.
Gracias al espectrógrafo NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) del JWST, el equipo científico analizó el espectro de transmisión de WASP-39 b y estudiaron el denominado terminador o línea de transición entre la parte iluminada y la parte en sombra del planeta. Un espectro de transmisión se obtiene al comparar la luz estelar filtrada a través de la atmósfera de un planeta a medida que se desplaza frente a la estrella, con la luz estelar no filtrada detectada cuando el planeta se encuentra junto a la estrella. Al hacer esa comparación, los investigadores pueden obtener información sobre la temperatura, la composición y otras propiedades de la atmósfera del planeta.
"WASP-39 b se ha convertido en una especie de planeta de referencia para estudiar la atmósfera de los exoplanetas con JWST", explica Néstor Espinoza, investigador del Space Telescope Science Institute (STScI) y autor principal del estudio. "Tiene una atmósfera extendida, por lo que la señal procedente de la luz estelar filtrada a través de la atmósfera del planeta es bastante intensa", añade.
El equipo obtuvo dos espectros diferentes de la región del terminador, uno centrado en el terminador “matutino” y otro en el “vespertino”. El estudio confirmó que la tarde es significativamente más caliente, con temperaturas que rondan los 800 grados Celsius, y la mañana más fría, con valores que se sitúan en torno a los 600 grados Celsius.
"Es realmente asombroso que seamos capaces de distinguir esta pequeña diferencia, y esto es solo posible gracias a la sensibilidad del telescopio JWST en las longitudes de onda del infrarrojo cercano y a sus sensores fotométricos extremadamente estables", explica Espinoza. "Cualquier pequeño movimiento durante la obtención de los datos habría limitado gravemente nuestra capacidad para realizar esta detección que debe ser extraordinariamente precisa, y Webb lo hace posible", señala.
Los datos obtenidos también permitieron al equipo estudiar la estructura de la atmósfera de WASP-39 b, la cobertura de nubes, y averiguar por qué el atardecer es más cálido. Utilizando modelos de circulación general tridimensionales, similares a los utilizados para predecir los patrones meteorológicos en la Tierra, los investigadores descubrieron que en WASP-39 b el lado matutino es azotado por vientos que se han enfriado en el lado nocturno, mientras que el lado del atardecer es golpeado por el aire calentado en el lado diurno. Como resultado, el lado matutino del terminador es más frío que el vespertino.
Este marcado contraste entre temperaturas deriva en una notable diferencia de presión atmosférica, lo que origina vientos intensos. De hecho, la investigación sugiere que la velocidad del viento en WASP-39 b puede alcanzar miles de kilómetros por hora. También hallaron indicios de una nubosidad diferente, siendo probablemente más nubosa la mañana que la tarde. Futuros trabajos del equipo estudiarán cómo la cobertura de nubes puede afectar a la temperatura y viceversa.
"Este análisis también es especialmente interesante porque se obtiene información tridimensional del planeta que antes no se obtenía", señala Enric Pallé, investigador del IAC y coautor del estudio. "Como el terminador del atardecer está más caliente, eso significa que está región de la atmósfera de WASP-39 está más expandida. Así que, teóricamente, al contrario de lo que ocurre en los planetas del Sistema Solar, hay un pequeño abultamiento en la atmósfera del WASP-39 centrado en el lado diurno y terminador vespertino”, apunta.
WASP-39 b fue uno de los primeros planetas observados por el JWST cuando comenzó sus operaciones científicas regulares en 2022. Los datos de este estudio se recopilaron en el marco del programa de Ciencia de Publicación Temprana para ayudar a la comunidad internacional a entender rápidamente cómo utilizar los instrumentos del telescopio y aprovechar todo su potencial científico.
Tras el excelente resultado obtenido, la comunidad científica intentará ahora utilizar el mismo método de análisis para estudiar las diferencias atmosféricas de otros jupíteres calientes bloqueados por fuerzas de marea, como parte del programa de Observación General Ciclo 2 del JWST.
Artículo: Nestor Espinoza et al. “Inhomogeneous terminators on WASP-39b”. Nature, 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07768-4
Contacto en el IAC:
Enric Pallé, epalle [at] iac.es (epalle[at]iac[dot]es)
