Los vientos "imposibles" del planeta Tylos

Por vez primera, se ha conseguido sondear la atmósfera de un planeta situado fuera de nuestro sistema solar y cartografiar su estructura en 3D.

Al combinar los cuatro telescopios del observatorio VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral (ESO), se ha logrado detectar potentes vientos que transportan distintos elementos químicos, como el hierro y el titanio, creando intrincados patrones de viento en la atmósfera del planeta Tylos (también conocido como WASP-121b). El descubrimiento abre la puerta a estudios detallados de la composición química y el régimen de vientos en las atmósferas de muchos otros exoplanetas (planetas de fuera de nuestro sistema solar).

La atmósfera de Tylos se comporta de maneras que desafían dogmas científicos sobre cómo funciona el viento. “Parece sacado de la ciencia-ficción", afirma Julia Victoria Seidel, investigadora del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile y autora principal de uno de los dos estudios realizados sobre los vientos de Tylos.

Tylos está a unos 900 años-luz de distancia, en la constelación de Puppis. Es un planeta del tipo conocido como Júpiter ultracaliente, un gigante gaseoso que orbita alrededor de su estrella anfitriona tan cerca que tarda tan solo unas 30 horas en dar una vuelta completa alrededor de ella, un abrir y cerrar de ojos en comparación con el años que tarda la Tierra en dar una vuelta entera al Sol.

Además, un lado de Tylos es abrasador, ya que siempre está orientado hacia la estrella y por eso siempre es de día allí, mientras que el otro lado, sumido en una noche perpetua, es mucho más frío.

Los análisis de las profundidades de la atmósfera de Tylos han revelado la presencia de distintos vientos en capas separadas. Ello ha permitido confeccionar un mapa en tres dimensiones de la estructura de la atmósfera. Es la primera vez que la comunidad astronómica ha podido estudiar la atmósfera de un planeta fuera de nuestro sistema solar con tanta profundidad y detalle.

"Lo que descubrimos fue sorprendente: una corriente en chorro hace girar el material alrededor del ecuador del planeta, mientras que un flujo separado en los niveles más bajos de la atmósfera mueve el gas del lado caliente al lado más frío. Este tipo de clima nunca se ha visto antes en planeta alguno", afirma Seidel, quien también es investigadora en el Laboratorio Lagrange, que forma parte del Observatorio de la Costa Azul, en Francia. La corriente en chorro observada se extiende por la mitad del planeta, ganando velocidad y agitando violentamente la atmósfera superior a medida que cruza el lado caliente de Tylos. "En comparación, incluso los huracanes más fuertes del sistema solar parecen tranquilos", añade.

Para desvelar la estructura tridimensional de la atmósfera del exoplaneta, el equipo utilizó el instrumento ESPRESSO del VLT con el fin de combinar la luz de sus cuatro grandes unidades de telescopio en una sola señal. Este modo combinado del VLT recoge cuatro veces más luz que un telescopio individual, revelando detalles más tenues. Al observar el planeta durante un tránsito completo frente a su estrella anfitriona, ESPRESSO pudo detectar firmas de múltiples elementos químicos, detectando, como resultado, las diferentes capas de la atmósfera.

"El VLT nos permitió sondear tres capas diferentes de la atmósfera del exoplaneta de una sola vez", declara Leonardo A. Dos Santos, astrónomo en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Estados Unidos. Los investigadores rastrearon los movimientos del hierro, el sodio y el hidrógeno, lo que les permitió a su vez rastrear los vientos en las capas profunda, media y poco profunda de la atmósfera del planeta, respectivamente. "Es el tipo de observación que resulta muy difícil de hacer con telescopios espaciales, lo que pone de manifiesto la importancia de las observaciones terrestres de exoplanetas", añade.

Curiosamente, las observaciones también revelaron la presencia de titanio justo debajo de la corriente en chorro, como se destaca en uno de los estudios. Esta fue otra sorpresa, ya que observaciones anteriores del planeta habían mostrado la ausencia de este elemento, posiblemente porque está oculto en las profundidades de la atmósfera.

La atmósfera de Tylos (o WASP-121b) está dividida en tres capas, con vientos de hierro en la parte inferior, seguidos de una corriente en chorro muy rápida de sodio y, finalmente, una capa superior de vientos de hidrógeno. Este tipo de sistema de vientos nunca antes se había visto en planeta alguno. (Ilustración: ESO / M. Kornmesser. CC BY 4.0)

"Es realmente alucinante que podamos estudiar detalles como la composición química y los patrones climáticos de un planeta a una distancia tan grande", declara Bibiana Prinoth, de la Universidad de Lund (Suecia) y del ESO, una de las investigadoras.

Sin embargo, para descubrir la atmósfera de planetas más pequeños, similares a la Tierra, se necesitarán telescopios más grandes. Entre ellos se encuentra el ELT (Extremely Large Telescope) del ESO, que se encuentra actualmente en construcción en el desierto de Atacama, en Chile. "El ELT cambiará las reglas del juego para el estudio de las atmósferas de los exoplanetas", afirma Prinoth. "Esta experiencia me hace sentir que estamos a punto de descubrir cosas increíbles con las que hasta ahora solo podemos soñar”.

Uno de los estudios se titula “Vertical structure of an exoplanet’s atmospheric jet stream”, su primera firmante es Julia Seidel y se ha publicado en la revista académica Nature. Entre los autores también figuran María Rosa Zapatero Osorio y Jorge Lillo-Box, del Centro de Astrobiología (CAB, entidad mixta del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA)), Enric Pallé y Alejandro Suárez Mascareño, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y Hugo M. Tabernero, del Instituto de Física de Partículas y del Cosmos de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), en España todas estas entidades.

El otro estudio se titula “Titanium chemistry of WASP-121 b with ESPRESSO in 4-UT mode”, su primera firmante es Bibiana Prinoth y se ha publicado en la revista académica Astronomy & Astrophysics. Entre los autores también figuran Alejandro Suárez Mascareño, Hugo M. Tabernero y María Rosa Zapatero Osorio. (Fuente: ESO. CC BY 4.0)