Un exoplaneta tan liviano que flotaría en el agua si hubiera un océano lo suficientemente grande, continúa frustrando a los astrónomos al ocultar sus secretos más íntimos con una capa de neblina más espesa que cualquier otra jamás vista en un planeta.
La neblina es tan espesa que ni siquiera la visión del Telescopio Espacial James Webb (JWST) puede penetrarla, dejando sin resolver por ahora el misterio de cómo se formaron este mundo de densidad ultrabaja y sus planetas hermanos.
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Kepler-51d es miembro de un sistema de cuatro planetas que orbitan una estrella joven similar al Sol a 2.615 años luz de distancia. Fueron descubiertos por el Telescopio Espacial Kepler de la NASA, que observó los planetas en tránsito por su estrella. A partir de la cantidad de luz de la estrella bloqueada durante los tránsitos, los astrónomos dedujeron el tamaño de los mundos, y de las variaciones en el tiempo de tránsito (la forma en que la gravedad de cada planeta tira y empuja a los otros planetas, variando exactamente cuando se los ve transitar) se midieron sus masas. Los planetas 51b, cyd tienen 7,1, 9 y 9,7 veces el radio de la Tierra, respectivamente, lo que los hace aproximadamente del mismo tamaño que Saturno.
Sin embargo, los planetas b, cyd tienen masas sólo 3,7, 5,6 y 5,6 veces mayores que las de la Tierra, respectivamente. Saturno, en cambio, tiene una masa 95 veces mayor que la de la Tierra. Entonces, estos mundos tienen un tamaño similar al de Saturno, pero mucho (mucho) menos masivos. (El cuarto planeta del sistema, e, no se descubrió hasta 2024 y su masa y radio aún no se han medido con algún grado de precisión).
Es notable que las densidades de los planetas 51b, cyd tengan más en común con el algodón de azúcar (¡o el algodón de azúcar, como lo llamamos en el Reino Unido!) que con los planetas con los que estamos más familiarizados.
Como tal, Kepler-51d y sus otros mundos de densidad ultrabaja son completamente ajenos a los planetas de nuestro propio sistema solar. Tomemos como ejemplo a los gigantes gaseosos Júpiter o Saturno, que tienen núcleos grandes, densos y bien definidos que por sí solos son diez veces más masivos que la Tierra. Estos núcleos se formaron primero y luego su atracción gravitacional atrajo masas de gas del disco de formación de planetas que rodeaba al Sol hace 4.500 millones de años.
En contraste, los mundos de densidad ultrabaja de Kepler-51 “tienen núcleos diminutos y atmósferas enormes que les dan una densidad similar al algodón de azúcar”, dijo Libby-Roberts. No está claro cómo estos pequeños núcleos podrían haber acumulado cantidades relativamente grandes de gas.
Entonces, en busca de respuestas, cuando Libby-Roberts estaba en la Universidad Penn State, dirigió un equipo en 2020 para observar espectroscópicamente el sistema Kepler-51 utilizando la cámara de campo amplio 3 del Telescopio Espacial Hubble. El propósito era buscar signos de la composición química de la atmósfera alrededor de los planetas, lo que podría proporcionar pistas sobre qué tan lejos de su estrella se formaron estos mundos y cómo posteriormente llegaron a ser tan tenues. Dada su baja densidad, son sin duda ricos en hidrógeno y helio, los dos elementos más ligeros y comunes del universo, pero los diversos gases traza presentes en su atmósfera podrían decirnos más sobre su origen.
Sin embargo, el Hubble no encontró signos de química alguna, lo que llevó a Libby-Roberts y sus colegas a sospechar que podría haber una neblina monótona inundando la atmósfera de los planetas.
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Ahora, Libby-Roberts ha regresado al sistema Kepler-51, utilizando el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec) del JWST para intentar sondear más profundamente la atmósfera de Kepler-51d con la esperanza de detectar su composición química.
Su objetivo era lograr esto mediante espectroscopia de tránsito. Cuando Kepler-51d transita por su estrella, parte de la luz de su estrella se filtra a través de la atmósfera del planeta. Cualquier molécula presente puede absorber ciertas longitudes de onda de la luz de la estrella, que deberían aparecer en el espectro de la estrella como líneas de absorción.
“La luz de una estrella se filtra a través de la atmósfera del planeta antes de llegar a nuestros telescopios”, dijo Libby-Roberts. “Si miramos a través de una gama de longitudes de onda, a través de un espectro, obtenemos una especie de huella digital de la atmósfera del planeta que revela su composición”.
Sin embargo, el espectro aún no mostraba signos de la química de la atmósfera de 51d, lo que significa que la neblina presente debe ser la más espesa jamás encontrada en un exoplaneta si ni siquiera NIRSpec, que opera a longitudes de onda más largas que el Hubble, no puede ver a través de ella.
“Parece muy similar a la neblina que vemos en Titán, la luna más grande de Saturno, que tiene hidrocarburos como el metano, pero a una escala mucho mayor”, dijo el coinvestigador Suvrath Mahadevan en Penn State. “Kepler-51d parece tener una enorme cantidad de neblina, casi el radio de la Tierra”.
Actualmente no existen modelos de formación de planetas que puedan explicar cómo se pueden formar mundos de tan baja densidad, particularmente tan cerca de su estrella: si 51b, cyd fueran transportados a nuestro sistema solar, todos estarían empaquetados en una región muy dentro de la órbita de Venus.
“Es posible que [51d] “Se formaron más lejos y se movieron hacia adentro, pero todavía nos quedan un montón de preguntas sobre cómo se formó este planeta, y los otros planetas en este sistema”, dijo Libby-Roberts. “¿Qué tiene este sistema que creó estos tres planetas realmente extraños, una combinación de extremos que no hemos visto en ningún otro lugar?”
Es posible que estemos viendo estos planetas en una fase transitoria. El sistema tiene 500 millones de años, muy joven en comparación con nuestro sistema solar de 4.500 millones de años. Al ser joven, la estrella Kepler-51 todavía está bastante activa y su viento estelar eliminará los gases exteriores de los planetas de densidad ultrabaja. Quizás si regresamos dentro de mil millones de años, gran parte del gas de cada planeta se habrá eliminado dejando atrás un pequeño núcleo.
Aún podrían llegar algunas respuestas. Un equipo independiente está realizando observaciones NIRSpec de Kepler-51b para intentar encontrar evidencia de la composición de su atmósfera. En cambio, podrían descubrir que también está cubierto de neblina, pero si tienen éxito, las pistas que proporcionan esas observaciones también podrían aplicarse a 51c y d.
Luego, las mediciones de Kepler-51d se informan en la edición del 16 de marzo de The Astronomical Journal.