Exoplaneta “Neptuno caliente” altamente inusual a 260 años luz de distancia que “no debería existir”

Un equipo dirigido por un astrónomo de la Universidad de Kansas ha analizado datos de NASAes TESS y telescopios espaciales Spitzer para retratar por primera vez la atmósfera de un tipo de exoplaneta apodado un “caliente Neptuno. ”

Los hallazgos sobre el planeta LTT 9779b encontrado recientemente se publicaron hoy en Astrophysical Journal Letters. El documento detalla la primera caracterización atmosférica espectral de cualquier planeta descubierto por TESS, el primer mapa de temperatura global de cualquier planeta TESS con una atmósfera y un Neptuno caliente cuyo espectro de emisión es fundamentalmente diferente de los muchos “Júpiter calientes” más grandes estudiados previamente.

“Por primera vez, medimos la luz proveniente de este planeta que no debería existir”, dijo Ian Crossfield, profesor asistente de física y astronomía en KU y autor principal del artículo. “Este planeta está tan intensamente irradiado por su estrella que su temperatura supera los 3.000 grados Fahrenheit y su atmósfera podría haberse evaporado por completo. Sin embargo, nuestras observaciones de Spitzer nos muestran su atmósfera a través de la luz infrarroja que emite el planeta ”.

Si bien el LTT 9779b es extraordinario, una cosa es segura: a la gente probablemente no le gustará mucho allí.

“Por primera vez, medimos la luz proveniente de este planeta que no debería existir”, dijo Ian Crossfield, profesor asistente de física y astronomía en KU y autor principal del artículo. “Este planeta está tan intensamente irradiado por su estrella que su temperatura supera los 3.000 grados Fahrenheit y su atmósfera podría haberse evaporado por completo. Sin embargo, nuestras observaciones de Spitzer nos muestran su atmósfera a través de la luz infrarroja que emite el planeta ”. Crédito: Ethen Schmidt, Universidad de Kansas

“Este planeta no tiene una superficie sólida y es mucho más caliente incluso que Mercurio en nuestro sistema solar; no solo el plomo se derretiría en la atmósfera de este planeta, sino también el platino, el cromo y el acero inoxidable”, dijo Crossfield. “Un año en este planeta es menos de 24 horas; así de rápido gira alrededor de su estrella. Es un sistema bastante extremo “.

Hot Neptune LTT 9779b fue descubierto el año pasado, convirtiéndose en uno de los primeros planetas del tamaño de Neptuno descubierto por la misión de caza de planetas TESS de la NASA. Crossfield y sus coautores utilizaron una técnica llamada análisis de “curva de fase” para analizar la composición atmosférica del exoplaneta.

“Medimos cuánta luz infrarroja está siendo emitida por el planeta mientras gira 360 grados sobre su eje”, dijo. “La luz infrarroja te dice la temperatura de algo y dónde están las partes más calientes y frías de este planeta: en la Tierra, no hace más calor al mediodía; hace más calor un par de horas en la tarde. Pero en este planeta, en realidad hace más calor al mediodía. Vemos que la mayor parte de la luz infrarroja proviene de la parte del planeta cuando su estrella está en lo alto y mucho menos de otras partes del planeta “.

Las lecturas de la temperatura del planeta se consideran una forma de caracterizar su atmósfera.

“El planeta es mucho más frío de lo que esperábamos, lo que sugiere que está reflejando gran parte de la luz estelar incidente que lo golpea, presumiblemente debido a las nubes del lado del día”, dijo el coautor Nicolas Cowan del Instituto de Investigación de Exoplanetas (iREx) y McGill University en Montreal, quien ayudó en el análisis e interpretación de las mediciones de la curva de fase térmica. “El planeta tampoco transporta mucho calor a su lado nocturno, pero creemos que entendemos que: la luz de las estrellas que se absorbe probablemente se absorba en lo alto de la atmósfera, desde donde la energía se irradia rápidamente de regreso al espacio”.

Según Crossfield, los resultados son solo un primer paso hacia una nueva fase de exploración exoplanetaria a medida que el estudio de las atmósferas de exoplanetas avanza constantemente hacia planetas cada vez más pequeños.

“No diría que ahora entendemos todo sobre este planeta, pero hemos medido lo suficiente para saber que este será un objeto realmente fructífero para un estudio futuro”, dijo. “Ya está siendo objeto de observaciones con el Telescopio espacial James Webb, que es el próximo gran telescopio espacial insignia multimillonario de la NASA que se instalará en un par de años. Lo que nuestras mediciones nos muestran hasta ahora son lo que llamamos características de absorción espectral, y su espectro indica monóxido de carbono o dióxido de carbono en la atmósfera. Estamos empezando a entender qué moléculas componen su atmósfera. Porque vemos esto, y debido a cómo se ve este mapa de temperatura global, también nos dice algo sobre cómo los vientos hacen circular la energía y el material a través de la atmósfera de este mini planeta gaseoso “.

Crossfield explicó la extrema rareza de los mundos similares a Neptuno que se encuentran cerca de sus estrellas anfitrionas, una región típicamente tan desprovista de planetas que los astrónomos la llaman el “desierto caliente de Neptuno”.

“Creemos que esto se debe a que los Neptunes calientes no son lo suficientemente masivos como para evitar una evaporación atmosférica sustancial y una pérdida de masa”, dijo. “Entonces, la mayoría de los exoplanetas calientes cercanos son los Júpiter calientes masivos o los planetas rocosos que hace mucho tiempo perdieron la mayoría de sus atmósferas”.

Un artículo complementario a esta investigación dirigido por Diana Dragomir, profesora asistente de física y astronomía de la Universidad de Nuevo México, investiga la composición atmosférica del exoplaneta a través de observaciones de eclipses secundarios con la cámara de matriz de infrarrojos Spitzer (IRAC) del Neptuno caliente.

Aunque LTT 9779b no es adecuado para la colonización por seres humanos o cualquier otra forma de vida conocida, Crossfield dijo que evaluar su atmósfera perfeccionaría técnicas que algún día podrían usarse para encontrar planetas más acogedores para la vida.

“Si alguien va a creer lo que dicen los astrónomos acerca de encontrar signos de vida u oxígeno en otros mundos, primero tendremos que demostrar que podemos hacerlo bien en las cosas fáciles”, dijo. “En ese sentido, estos planetas más grandes y calientes como el LTT 9779b actúan como ruedas de entrenamiento y muestran que realmente sabemos lo que estamos haciendo y podemos hacer todo bien”.

Crossfield dijo que su mirada a la atmósfera de un planeta tan extraño y distante también fue valiosa por sus propios méritos.

“Como alguien que estudia esto, hay mucha ciencia planetaria interesante que podemos hacer para medir las propiedades de estos planetas, al igual que la gente estudia las atmósferas de Júpiter, Saturno y Venus – aunque no creemos que albergarán vida ”, dijo. “Todavía son interesantes y podemos aprender sobre cómo se formaron estos planetas y el contexto más amplio de los sistemas planetarios”.

Crossfield dijo que queda mucho trabajo por hacer para comprender mejor el LTT 9779b y Neptunes calientes similares aún no descubiertos. (Se está publicando al mismo tiempo un artículo complementario sobre la composición atmosférica de LTT 9779b mediante el análisis de su “espectro” de eclipse secundario, que Crossfield coescribió).

“Queremos seguir observándolo con otros telescopios para poder responder más preguntas”, dijo. “¿Cómo es posible que este planeta retenga su atmósfera? ¿Cómo se formó en primer lugar? ¿Era inicialmente más grande pero ha perdido parte de su atmósfera original? Si es así, ¿por qué su atmósfera no es solo una versión reducida de las atmósferas de exoplanetas más grandes y ultracalientes? ¿Y qué más podría acechar en su atmósfera?

Algunos de los coautores del artículo del investigador de KU también planean continuar el estudio del exoplaneta improbable.

“Detectamos monóxido de carbono en su atmósfera y que el lado permanente del día es muy caluroso, mientras que muy poco calor se transporta al lado nocturno”, dijo Björn Benneke de iREx y la Université de Montréal. “Ambos hallazgos hacen que LTT 9779b diga que hay una señal muy fuerte que se puede observar, lo que hace que el planeta sea un objetivo muy intrigante para una futura caracterización detallada con JWST. Ahora también estamos planificando observaciones de curva de fase mucho más detalladas con NIRISS en JWST ”.