Un exoplaneta con una atmosfera de hierro y titanio

Impresión artística del exoplaneta KELT-9b orbitando su estrella anfitriona, KELT-9.

Se ha detectado vapores de metal en la atmósfera de un "Júpiter ultra caliente" por un equipo de astrónomos dirigido por UNIGE. 

Los exoplanetas, planetas de otros sistemas solares, pueden orbitar muy cerca de su estrella anfitriona. Si además de esto, la estrella anfitriona es mucho más caliente que nuestro Sol, entonces el exoplaneta se vuelve tan caliente como una estrella. El más caliente de los planetas "ultra calientes" fue descubierto el año pasado por astrónomos estadounidenses. Hoy, un equipo internacional, liderado por investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), que unió fuerzas con teóricos de la Universidad de Berna (UNIBE), Suiza, descubrió la presencia de hierro y vapores de titanio en la atmósfera de este planeta. La detección de estos metales pesados ​​fue posible gracias a la temperatura de la superficie de este planeta, que alcanza más de 4000 grados. Este descubrimiento se publica en la revista Nature, "Hierro atómico y titanio en la atmósfera del exoplaneta KELT-9b".

Impresión artística de una puesta de sol sobre KELT-9b. La estrella azul cálida cercana cubre 35 ° en el cielo del planeta, aproximadamente 70 veces el tamaño aparente del Sol en el cielo de la Tierra. Bajo este sol abrasador, la atmósfera del planeta es lo suficientemente cálida como para brillar en tonos rojizos y vaporizar metales pesados ​​como el hierro y el titanio. © Denis Bajram vía Universidad de Ginebra.

KELT-9 es una estrella ubicada a 650 años luz de la Tierra en la constelación de Cygnus (el Cisne). Con una temperatura de más de 10.000 grados, siendo casi dos veces más caliente que el sol. Esta estrella está orbitada por un planeta gigante gaseoso, KELT-9b, que está 30 veces más cerca que la distancia de la Tierra del Sol. Debido a esta proximidad, el planeta circunda su estrella en 36 horas y se calienta a una temperatura de más de 4.000 grados. No es tan caliente como el Sol, pero más caliente que muchas estrellas. De momento no se sabe, que aspecto tiene tal atmosfera o como evolucionaria en semejantes condiciones. 

Es por eso que los investigadores de NCCR PlanetS afiliados a la Universidad de Berna realizaron recientemente un estudio teórico sobre la atmósfera del planeta KELT-9b. "Los resultados de estas simulaciones muestran que la mayoría de las moléculas que se encuentran allí deben estar en forma atómica, porque los enlaces que las mantienen juntas se rompen por las colisiones entre partículas que ocurren a estas temperaturas extremadamente altas", explica Kevin Heng, profesor de la UNIBE. Esto es una consecuencia directa de la temperatura extrema. Su estudio también predice que debería ser posible observar el hierro atómico gaseoso, en la atmósfera del planeta utilizando los telescopios actuales. 

Al examinar KELT-9b durante un tránsito, el equipo pudo observar los espectros de su atmósfera. Crédito: NASA / JPL-Caltech.

La luz revela los componentes químicos de la atmósfera 

El equipo UNIGE CUATRO ACES1, que también es parte del NCCR PlanetS en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, observó este planeta precisamente cuando se estaba moviendo frente a su estrella anfitriona (es decir, durante un tránsito). Durante el tránsito, una pequeña fracción de la luz de la estrella se filtra a través de la atmósfera del planeta y el análisis de esta luz filtrada puede revelar la composición química de la atmósfera. Esto se logra con un espectrógrafo, un instrumento que difunde luz blanca en sus colores componentes, llamado espectro. Si el vapor de hierro estuviera presente entre los componentes de la atmósfera, este, dejaría una huella digital bien reconocible en el espectro del planeta. 

Usando el espectrógrafo HARPS-North, construido en Ginebra e instalado en el Telescopio Nazionale Galileo en La Palma, los astrónomos descubrieron una fuerte señal correspondiente al vapor de hierro en el espectro del planeta. "Con las predicciones teóricas en la mano, era como seguir un mapa del tesoro", dice Jens Hoeijmakers, un investigador de las Universidades de Ginebra y Berna y autor principal del estudio, "y cuando profundizamos en los datos, encontramos incluso más", agrega con una sonrisa. De hecho, el equipo también detectó la firma de otro metal en forma de vapor: titanio. 

La estrella alrededor de la cual orbita KELT-9b es casi dos veces más caliente que el Sol, cerca de una estrella a 650 años luz de la Tierra, en la constelación de Cygnus. Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Este descubrimiento revela las propiedades atmosféricas de una nueva clase del llamado "Júpiter ultra-caliente". Sin embargo, los científicos creen que muchos exoplanetas se han evaporado por completo en entornos similares a KELT-9b. Aunque este planeta es probablemente lo suficientemente masivo como para resistir la evaporación total, este nuevo estudio demuestra el fuerte impacto de la radiación estelar en la composición de la atmósfera. De hecho, estas observaciones confirman que las altas temperaturas reinantes en este planeta rompen la mayoría de las moléculas, incluidas las que contienen hierro o titanio. En exoplanetas gigantes más fríos, se piensa que estas especies atómicas están escondidas dentro de óxidos gaseosos o en forma de partículas de polvo, lo que las hace difíciles de detectar. Este no es el caso en KELT-9b. " 

1.FOUR ACES, futuro de la caracterización atmosférica superior de los exoplanetas con espectroscopia, es un proyecto financiado por una beca Consolidator del Consejo Europeo de Investigación en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Comisión Europea (no de subvención 724427). 

Fuentes: Universidad de Ginebra, Nature, Wikipedia,