¿Cuáles son las previsiones meteorológicas para los planetas más comunes de la Vía Láctea? ¿Nublado o claro?
Una nueva investigación tiene como objetivo descubrir si los llamados “mini-Neptunos”, que son más pequeños que el gigante de hielo del mismo nombre del sistema solar pero más grandes que la Tierra, tienen atmósferas opacas con nubes espesas o más brumosas y translúcidas.
Aunque es más común que cualquier otro planeta de nuestra galaxia, el sistema solar no tiene un miniNeptuno. Esto significa que para estudiar estos mundos, los científicos deben mirar más allá de nuestro patio trasero planetario con instrumentos como el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio Espacial James Webb (JWST), apuntándolos hacia los llamados planetas extrasolares o «exoplanetas».
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Jonathan Brande, científico de ExoLab de la Universidad de Kansas, estudió las atmósferas de 15 mundos similares a Neptuno para comprender mejor sus composiciones y buscar pistas de por qué nuestro sistema solar podría carecer de un planeta así.
«Queremos entender el comportamiento de estos planetas, dado que los ligeramente más grandes que la Tierra y más pequeños que Neptuno son los más comunes en la galaxia», dijo Brande. dijo en un comunicado. «El objetivo es explorar las explicaciones físicas detrás de las distintas apariencias de estos planetas».
Ver a través de los mini-Neptunos
Brande basó su investigación en una técnica llamada espectroscopia de transmisión.
“Cuando un planeta transita, es decir, se mueve entre nuestra línea de visión y la estrella que orbita, la luz de la estrella atraviesa la atmósfera del planeta y es absorbida por los diferentes gases presentes”, explicó Brande. «Al capturar un espectro de la estrella -pasar la luz a través de un instrumento llamado espectrógrafo, como si la pasara a través de un prisma- observamos un arco iris, midiendo el brillo de los diferentes colores que lo componen».
Debido a que diferentes elementos y compuestos químicos absorben y emiten luz en longitudes de onda características, las áreas de brillo u oscuridad en este espectro filtrado por la atmósfera pueden revelar los gases que componen esa atmósfera. De hecho, Brande ya había utilizado este método con buenos resultados en 2022 para detectar vapor de agua en la atmósfera del superplaneta Neptuno. TOI-674b.
En esta nueva investigación, Brande y sus colegas prestaron especial atención a las regiones de exoplanetas donde hay aerosoles atmosféricos y, por lo tanto, donde es probable que se formen nubes y neblinas que bloquean la luz a medida que se filtra a través de la atmósfera.
«Si un planeta tiene una nube justo encima de la superficie con cientos de kilómetros de aire claro encima, la luz de las estrellas puede atravesar fácilmente el aire claro y ser absorbida sólo por los gases específicos presentes en esa parte de la atmósfera», dijo Brande. «Sin embargo, si la nube está situada muy alta, generalmente son opacas en todo el espectro electromagnético. Aunque las brumas tienen características espectrales, para nuestro trabajo, en el que nos centramos en un rango relativamente estrecho con el Hubble, también producen espectros predominantemente planos. «
Si los aerosoles abundan en las atmósferas de los planetas, esto significa que la luz no tiene un camino claro a través de esa atmósfera. Y dado que el Hubble es sensible al vapor de agua, detectar vapor de agua en la atmósfera de un planeta con este telescopio espacial es una buena indicación de que no hay nubes lo suficientemente altas como para bloquear la absorción de luz.
«Por el contrario, si no se observa vapor de agua y sólo se observa un espectro plano, incluso si se sabe que el planeta debería tener una atmósfera extendida, esto sugiere la probable presencia de nubes o nieblas en altitudes más altas», dijo Brande.
El análisis realizado para los mini-Neptunos fue diferente de estudios anteriores porque, en lugar de ajustar los datos a un modelo aplicable a cualquier exoplaneta, el equipo desarrolló un modelo especial para determinar las atmósferas de los mundos pequeños comunes.
«Normalmente, los investigadores toman un modelo atmosférico con un contenido de agua previamente calculado, lo escalan y lo mueven para que coincida con los planetas observados en su muestra», dijo Brande. «Este enfoque indica si el espectro está despejado o nublado, pero no proporciona información sobre la cantidad de vapor de agua o la ubicación de las nubes en la atmósfera».
Este método de recuperación atmosférica permitió al equipo factorizar parámetros como la cantidad de vapor de agua y la ubicación de las nubes en sus modelos y luego ejecutar cientos y miles de simulaciones para encontrar la configuración más adecuada.
«Nuestras recuperaciones nos dieron un espectro de modelos que mejor se adaptaban a cada planeta, a partir del cual calculamos qué tan nublado o despejado parecía el planeta», dijo Brande. «Al examinar el comportamiento de las nubes y la neblina, nuestros modelos indicaron que las nubes eran más adecuadas que la niebla».
Brande y sus colegas incluso pudieron determinar el estado de las nubes gracias a la eficiencia con la que se produce la sedimentación en las atmósferas de los miniNeptunos.
«El parámetro de eficiencia de sedimentación, que refleja la compacidad de las nubes, sugiere que los planetas observados tenían eficiencias de sedimentación relativamente bajas, lo que resultó en nubes esponjosas», concluyó Brande. «Estas nubes, formadas por partículas como gotas de agua, permanecieron en lo alto de la atmósfera debido a su baja tendencia a sedimentarse».
La investigación fue publicada en enero en Cartas de la revista astrofísica..