Caliente y frío: impresión artística del exoplaneta WASP-121b y su estrella anfitriona. (Cortesía: NASA, ESA y G Bacon (STSci)) El metal l...
El metal líquido, el rubí y el zafiro podrían llover sobre un hemisferio de un exoplaneta gigante abrasador que está bloqueado por las mareas en una órbita cerrada alrededor de su estrella. Esa es la conclusión de los astrónomos que han desarrollado un modelo 3D detallado de la atmósfera de WASP-121b, que es un "Júpiter caliente" que está a unos 850 años luz de la Tierra. Su estudio también revela cómo se transportan el agua y el metal entre los lados frío y caliente del exoplaneta.
El equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts observó WASP-121b usando una cámara espectroscópica a bordo del Telescopio Espacial Hubble de la NASA. El exoplaneta es un poco más masivo que Júpiter y está tan cerca de su estrella anfitriona que completa una órbita en solo 30 h, una de las órbitas más cortas jamás detectadas por los astrónomos.
El equipo estudió tanto el lado nocturno del exoplaneta, que siempre da la espalda a la estrella, como su lado diurno, que siempre está de frente a la estrella. Sus observaciones les permitieron modelar la atmósfera del exoplaneta gigante gaseoso. Además, el equipo es el primero en rastrear el ciclo del agua en un planeta fuera del sistema solar. Su estudio revela condiciones tan extremas que el lado nocturno caliente de Júpiter podría experimentar lluvias de metal líquido, rubí y zafiro.
Lloviendo metal
La proximidad del exoplaneta a su estrella y el hecho de que está bloqueado por mareas da como resultado condiciones extremas, con temperaturas de hasta 3500 K en el lado diurno. Esto es lo suficientemente caliente como para vaporizar los metales. Estudios previos han indicado la presencia de metales en la atmósfera del lado diurno. Esto significa que las nubes de metal serían arrastradas a través del hemisferio del lado nocturno por vientos en el planeta de más de 18 000 km/h.
Los nuevos datos son evidencia directa de estos vientos porque la región más caliente de la atmósfera del lado diurno estaba ligeramente al este del punto del 'mediodía' justo debajo de la estrella. Esto significa que el gas debe estar calentándose al mediodía, pero luego siendo expulsado hacia el este antes de que tenga la oportunidad de volver a emitir radiación térmica al espacio.
Observaciones anteriores mostraron que faltaba titanio en la atmósfera, pero su primo químico, el vanadio, estaba presente en la atmósfera. Dado que estos dos átomos son químicamente similares, parecía extraño que se observara uno pero no el otro.
Los nuevos datos revelan por primera vez que las temperaturas en el hemisferio del lado nocturno descienden lo suficiente como para que el titanio y el aluminio se precipiten y llueva hacia las capas más profundas de la atmósfera, mientras que el vanadio se precipita a temperaturas más bajas, lo que hace que sea más difícil que llueva vanadio.
El hecho de que la temperatura descienda lo suficiente como para que llueva titanio y aluminio en el lado nocturno, combinado con la ausencia de estos metales en la fase gaseosa en el terminador día-noche, permite al equipo concluir que el titanio y el aluminio sí están lloviendo sobre el lado de la noche.
Gotas de rubí y zafiro
El aluminio probablemente se condensaría en forma de corindón, que es un óxido de aluminio. Cuando se incluyen trazas de elementos como cromo, hierro y titanio en el corindón, se convierte en las gemas rubí y zafiro. Entonces, podrían estar lloviendo gotas de rubí y zafiro en el hemisferio del lado nocturno.
El equipo también descubrió que los poderosos vientos de WASP-121b mantienen un ciclo de agua al mover el agua del lado diurno al lado nocturno del gigante gaseoso. No es sorprendente que el ciclo del agua del exoplaneta sea mucho más dramático y violento que el de la Tierra. Es como "una cinta transportadora gigante" que transporta moléculas entre los hemisferios muy diferentes de WASP-121b.
Moléculas desgarradas
Los astrofísicos pudieron observar que la mayoría de las moléculas de agua se desgarran en el lado diurno porque hace mucho calor, mientras que las que sobreviven más profundamente en la atmósfera brillan intensamente en longitudes de onda infrarrojas. Los átomos de hidrógeno y oxígeno de las moléculas de agua rotas luego son arrastrados hacia el hemisferio del lado nocturno, donde las temperaturas más bajas les permiten recombinarse para formar vapor de agua una vez más antes de regresar al hemisferio del lado diurno para repetir el ciclo.
El equipo ha reservado tiempo en el nuevo telescopio espacial James Webb para estudiar WASP-121b con aún más detalle. Planean observar cambios no solo en el vapor de agua sino también en el monóxido de carbono, que se cree que está en la atmósfera del exoplaneta.
La investigación se describe en Nature Astronomy .
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