En un mundo a unos 700 años luz de distancia, el viento nunca cesa. WASP-94A b gira una cara hacia su estrella para siempre, por lo que un solo hemisferio se hornea a más de 1.000 grados mientras que el otro se congela en una noche permanente. Entre los dos hay una banda donde siempre amanece y otra donde siempre cae la noche, y ahora los astrónomos pueden decir cómo es el clima en cada una. Mañanas nubladas. Tardes claras. Todos los días.
El hallazgo, publicado en Science por Sagnick Mukherjee, David Sing y sus colegas, es el primer informe meteorológico diario adecuado de un Júpiter caliente, y las nubes en cuestión no están hechas de agua.
Están hechos de roca. Específicamente silicato de magnesio, el mismo mineral que aparece en los guijarros de olivino que a veces puedes sacar del lecho de un río. En WASP-94A b, las gotas de esta sustancia se condensan en el frío del lado nocturno del planeta, se desplazan hacia el terminador del amanecer con los vientos ecuatoriales y luego desaparecen con un soplete cuando cruzan hacia el día. Cuando llega la “tarde” local, el cielo está lo suficientemente despejado como para que la luz de las estrellas pueda atravesarlo y detectar la huella del vapor de agua que hay debajo. Así es precisamente como el equipo los pilló en el acto.
Vale la pena decir por qué esto es difícil. Durante dos décadas, la señal dominante en la atmósfera de cualquier gigante gaseoso cercano ha sido una especie de oscuridad.
“He estado observando exoplanetas durante 20 años, y la nubosidad general ha sido una espina clavada en nuestro costado”, dice Sing, de la Universidad Johns Hopkins, quien dirigió el programa JWST. Se sabe que los Júpiter calientes, añade, están omnipresentemente nublados; observar a uno tiende a ser como mirar a través de una ventana empañada. El Telescopio Espacial Hubble podía ver perfectamente la oscuridad; lo que no podía hacer era decirte qué era oscuridad y qué era aire.
JWST cambia eso. Mientras WASP-94A b se desplazaba por la cara de su estrella anfitriona, el equipo utilizó el instrumento NIRISS del telescopio para tomar dos instantáneas separadas, una en el ingreso cuando el borde de ataque ocluyeba por primera vez la luz de la estrella, y otra en la salida cuando el borde de salida se deslizaba. Debido a que el planeta está bloqueado por mareas, esas dos extremidades no son equivalentes. El borde de ataque es el lado de la mañana, donde llega el aire de la fría noche. El borde de salida es el de la tarde, por donde entra el aire.
Los dos espectros resultaron ser tremendamente diferentes. En el tramo matutino la señal era plana e inclinada, la firma reveladora de partículas a gran altitud silenciaba todo lo que había debajo; en el ramal del atardecer saltaban las líneas de absorción del agua, limpias como cualquier otra cosa. Estadísticamente, un modelo asimétrico supera a uno simétrico por 6σ, es decir cómodamente. Y cuando el equipo modeló los perfiles de temperatura, el lado de la mañana resultó aproximadamente 450 kelvin más frío que el de la tarde; con la suficiente facilidad para generar condensación en uno y vaporización en el otro. Dos tipos de química de las nubes podrían explicarlo. O los poderosos vientos diurnos y nocturnos estaban arrastrando las gotas hacia el cálido interior del planeta antes de la hora del almuerzo, enterrándolas fuera de la vista, o las gotas simplemente se estaban evaporando en la altitud a medida que el aire se elevaba hacia el calor. El equipo aún no puede decir cuál.
Lo que pueden decir es que nadie esperaba que el contraste fuera tan marcado. Sing lo ha llamado una verdadera dicotomía entre los dos lados, una diferencia en la cobertura de nubes tan pronunciada que cambia toda la imagen del planeta.
Y esa foto había sido un poco embarazosa. Análisis anteriores, partiendo del promedio borroso que el Hubble podía manejar, habían fijado que WASP-94A b tenía aproximadamente cien veces la abundancia de oxígeno y carbono de Júpiter, un resultado que ningún modelo de formación de planetas podía explicar cómodamente. “Con el telescopio Hubble, cuando solíamos hacer este tipo de observación, obtuvimos una vista promedio de todo el planeta con datos de las nubes y la atmósfera comprimidos e indistinguibles”, dice Mukherjee, ahora en la Universidad Estatal de Arizona y primer autor del artículo. Una vez que el equipo pudo observar el limbo nocturno por sí solo, esos cien se redujeron a aproximadamente cinco. En otras palabras, el planeta nunca fue extraño. Las nubes habían hecho que todo pareciera extraño.
El sesgo que se esconde en cada espectro caliente de Júpiter
Esa corrección importa mucho más allá de este mundo. Es casi seguro que el mismo truco que interpretó mal WASP-94A b ha sido distorsionar las mediciones de docenas de otros planetas, porque casi todos los espectros de transmisión en los libros tratan a un planeta como una esfera uniforme. Mukherjee y sus colegas calculan que un ciclo de nubes día-noche no reconocido diluiría la señal de absorción de agua de un planeta en un factor de aproximadamente dos, sesgando todas las estimaciones posteriores de metalicidad, relación carbono-oxígeno y mezcla atmosférica. El equipo ya volvió a otros ocho gigantes de gas caliente en su archivo y encontró dos más, WASP-39 b y WASP-17 b, que muestran el mismo patrón de nubes matutinas y despejado vespertino. Está empezando a parecerse menos a una peculiaridad de un planeta y más a la condición predeterminada de la clase.
¿Qué sucede cuando el telescopio sabe dónde mirar?
También hay una señal perdida en los datos que no encajaba en ningún otro lugar: una astilla de helio metaestable a 1.083 micrones, la longitud de onda a la que un planeta cuya atmósfera se está desangrando hacia el espacio tiende a delatarse. Al parecer, WASP-94A b está perdiendo masa. Cuánto y en qué plazo es una cuestión para otro artículo.
El equipo de Sing ahora está implementando el mismo enfoque resuelto en extremidades en una muestra mucho más amplia, que incluye, curiosamente, un excéntrico gigante gaseoso cuya órbita desciende a través de la zona habitable de su estrella. La idea de que se puede hacer meteorología en un mundo que ni siquiera se puede resolver como un solo píxel, que se puede distinguir la mañana de la tarde, habría sonado ligeramente absurda hace una década. Ya no es así.
https://doi.org/10.1126/science.adx5903
Preguntas frecuentes
¿De qué está hecho realmente WASP-94A b?
Es un gigante gaseoso un poco más ligero que Júpiter, dominado por hidrógeno y helio con una abundancia de elementos más pesados como oxígeno y carbono cinco veces mayor que Júpiter. La característica exótica son sus nubes, que son gotas de silicato de magnesio, esencialmente vapor rocoso que se condensa en lo alto de la atmósfera. Las estimaciones anteriores de la era Hubble sobre su composición en masa estaban tremendamente infladas porque no podían separar los efectos de las nubes de la absorción de gas.
¿Por qué las nubes sólo están en el lado de la mañana?
El planeta está bloqueado por mareas, por lo que un hemisferio está en día permanente a más de 1.000 grados y el otro en noche permanente. Las gotas de nubes se forman en el frío del lado nocturno y transportan vientos ecuatoriales hacia el terminador del amanecer, donde todavía están intactas. Una vez que cruzan hacia el lado diurno, se evaporan en altitud o son arrastrados hacia el interior cálido. De cualquier manera, cuando el aire llega al terminador vespertino, el cielo está despejado.
¿Cómo distingue el telescopio espacial James Webb la mañana de la tarde en un planeta que ni siquiera puede ver directamente?
Utiliza la geometría del tránsito. Cuando el planeta comienza a cruzar su estrella, sólo se recorta su borde de ataque, el lado de la mañana; cuando termina de cruzar, sólo queda el borde de salida, el lado de tarde. Al dividir la curva de luz en entrada y salida con suficiente precisión, JWST extrae dos espectros atmosféricos separados. Hubble pudo ver el tránsito pero no dividirlo lo suficientemente limpiamente como para lograrlo.
¿Este descubrimiento cambia lo que sabemos sobre otros exoplanetas?
Sí, y esa es posiblemente la historia más importante. El equipo ha demostrado que ignorar la asimetría entre la mañana y la tarde puede sesgar las estimaciones de la composición química de un planeta en más de un factor de dos. Dado que la mayoría de las atmósferas de exoplanetas registradas se midieron asumiendo esferas uniformes, es posible que sea necesario revisar muchas abundancias publicadas. El mismo patrón ya ha aparecido en al menos otros dos Júpiter calientes.
¿Qué sigue para este tipo de investigación?
El grupo de Sing tiene en marcha un programa JWST más amplio para aplicar el mismo enfoque de resolución de extremidades en una amplia variedad de exoplanetas, incluido un gigante gaseoso en una órbita excéntrica que pasa por la zona habitable de su estrella. La técnica también debería funcionar en principio para mundos más pequeños como los subneptunos, que se espera que porten sus propias capas gruesas de aerosol. La era de la previsión meteorológica de un solo píxel, en cierto sentido, ya ha comenzado.
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