Detectan sílice por primera vez en la atmósfera de un exoplaneta

Observaciones con el telescopio espacial James Webb han detectado evidencia de nanocristales de cuarzo en las nubes de gran altitud de WASP-17 b, un exoplaneta tipo Júpiter caliente a 1.300 años luz.

La detección, que fue posible únicamente con MIRI (Instrumento de infrarrojo medio de Webb), marca la primera vez que se detectan partículas de sílice (SiO2) en la atmósfera de un exoplaneta.

Los cristales de cuarzo tienen sólo unos 10 nanómetros de diámetro, tan pequeños que 10.000 podrían caber uno al lado del otro a lo largo de un cabello humano. Su tamaño y composición de sílice se describen en Astrophysical Journal Letters.

«Los datos del Hubble en realidad jugaron un papel clave en la limitación del tamaño de estas partículas. Sabemos que hay sílice solo a partir de los datos MIRI de Webb, pero necesitábamos las observaciones visibles e infrarrojas cercanas del Hubble como contexto, para determinar qué tan grandes son los cristales», dijo en un comunicado el coautor Nikole Lewis, profesor asociado de astronomía en Cornell, miembro del Instituto Carl Sagan y líder del programa Webb Guaranteed Time Observation (GTO) diseñado para ayudar a construir una vista tridimensional de un atmósfera caliente de Júpiter.

Webb observó el sistema WASP-17 durante casi 10 horas, recopilando más de 1.275 mediciones de brillo de luz infrarroja media de 5 a 12 micrones mientras el planeta cruzaba su estrella. Restando el brillo de las longitudes de onda de luz individuales que alcanzaron el telescopio cuando el planeta estaba frente a la estrella de los de la estrella sola, el equipo de investigación pudo calcular la cantidad de cada longitud de onda bloqueada por la atmósfera del planeta.

Lo que surgió fue un «golpe» inesperado a 8,6 micrones que se explica mejor porque las nubes estaban compuestas de cuarzo, en lugar de silicatos de magnesio u otros posibles aerosoles de alta temperatura como el óxido de aluminio.

La capacidad única de Webb para medir los efectos extremadamente sutiles de esos cristales en la luz de las estrellas (y desde una distancia de más de 7 millones de miles de millones de millas) está proporcionando información crítica sobre la composición de las atmósferas de los exoplanetas y nuevos conocimientos sobre su clima.

Los resultados de los autores del artículo, que forman parte del equipo científico del telescopio JWST e incluyen investigadores del Centro de Investigación Ames de la NASA y del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, dan un nuevo giro a nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan las nubes de exoplanetas. En lugar de silicatos ricos en magnesio como el olivino y el piroxeno que se ven en otros exoplanetas, los investigadores encontraron sus componentes básicos, la sílice pura necesaria para formar los granos de silicato más grandes que se encuentran en las enanas marrones y los exoplanetas más fríos.

Con un volumen más de siete veces el de Júpiter y una masa inferior a la mitad de Júpiter, WASP-17 b es uno de los exoplanetas más grandes y «más hinchados» conocidos. Esto, junto con su corto período orbital de 3,7 días terrestres, hace que el planeta sea ideal para la espectroscopia de transmisión: una técnica que implica medir los efectos de filtrado y dispersión de la atmósfera de un planeta en la luz de las estrellas para detectar características de su composición.

Origen

A diferencia de las partículas minerales que se encuentran en las nubes de la Tierra, los cristales de cuarzo detectados en las nubes de WASP-17 b no son arrastrados desde una superficie rocosa. Más bien, se originan en la atmósfera misma.

«WASP-17 b es extremadamente caliente (alrededor de 1.500 grados Celsius) y la presión donde se forman los cristales de cuarzo en lo alto de la atmósfera es sólo aproximadamente una milésima parte de la que experimentamos en la superficie de la Tierra. En estas condiciones, los cristales sólidos pueden formarse directamente desde gas, sin pasar primero por una fase líquida», dijo el primer autor David Grant, de la Universidad de Bristol.

«Es difícil determinar exactamente cuánto cuarzo hay y qué tan penetrantes son las nubes, pero el equipo pretende hacerlo combinando estas observaciones de WASP-17b con otras observaciones del sistema de JWST», dijo Lewis.

En septiembre, el telescopio Webb descubrió metano y dióxido de carbono en la atmósfera de K2-18b, un exoplaneta que también podría tener un océano de agua y dimetilsulfuro. Este último es un compuesto que en la Tierra se produce fundamentalmente por actividad microbiológica, por lo que los científicos esperan confirmar su presencia como un posible indicio de vida en ese mundo.