El telescopio espacial James Webb reveló los misterios de un planeta sin estrella anfitriona

La exploración de las atmósferas de mundos que se encuentran fuera del sistema solar dio grandes pasos en los últimos años, especialmente con la capacidad del telescopio espacial James Webb (JWST) para analizar exoplanetas y objetos subestelares de manera detallada. SIMP 0136, un cuerpo de masa planetaria 13 veces la de Júpiter, libre y aislado, que no orbita un astro, se convirtió en un laboratorio natural para estudiar las variabilidades atmosféricas existentes en el universo.

A pesar de no ser un planeta propiamente dicho, debido a su falta de estrella anfitriona, comparte características clave con los exoplanetas, lo que lo convierte en un objetivo ideal para examinar fenómenos como la fluctuación de brillo infrarrojo debido a componentes dinámicos en su atmósfera.

Ubicado a tan solo 20 años luz de la Tierra, ha sido intensamente observado por el JWST, el cual permitió capturar variaciones espectrales a través de una amplia gama de longitudes de onda, que son la medida de las ondas de luz, que cambian según el color y la energía que transportan. El estudio, que fue publicado en The Astrophysical Journal Letters, presenta los resultados de un análisis profundo de la atmósfera de SIMP 0136.

A partir de la utilización tanto del espectrógrafo NIRSpec como del instrumento MIRI, el equipo internacional de investigación descubrió que las variaciones en el brillo no pueden explicarse solo por las nubes, sino que involucran una compleja combinación de mecanismos atmosféricos que incluyen nubes de hierro, capas de silicato y zonas de temperatura alta, entre otros factores que aún no se lograron identificar con precisión.

Las observaciones realizadas con el JWST proporcionaron una imagen sin precedentes de la atmósfera de SIMP 0136. Según los datos obtenidos a lo largo de dos periodos completos de rotación de este objeto, los cuales duran 2,4 horas cada uno, el equipo científico identificó una serie de características espectrales que cambian de manera compleja en función del tiempo.

“Sabíamos que variaba en brillo, y estábamos seguros de que existían capas de nubes dispersas que rotaban hacia adentro y fuera de la vista y evolucionaban con el tiempo,” explicó Allison McCarthy, autora principal del estudio, en un comunicado de la NASA a raíz de observaciones previas que realizaron con los telescopios espaciales Hubble y Spitzer​.

Estas variaciones en el brillo son indicativas de la interacción entre diferentes capas de la atmósfera y los mecanismos subyacentes que las controlan, como nubes de hierro a gran profundidad, nubes de silicato más altas y puntos calientes en el área superior.

Los espectros recogidos por los instrumentos NIRSpec (un espectrógrafo que analiza la luz cercana al infrarrojo capturada por el telescopio Webb) y MIRI (detecta las longitudes de onda del infrarrojo medio emitido por los objetos) del JWST permitieron analizar la variabilidad en un rango amplio de longitudes de onda. Al examinar las curvas de luz, se pudo deducir que las fluctuaciones en luminosidad están relacionadas con la rotación de SIMP 0136 y los cambios en las características atmosféricas a medida que diferentes partes del objeto rotan hacia el observador.

“Empezamos a darnos cuenta de que las longitudes de onda que tenían las formas de curva de luz más parecidas también sondeaban las mismas profundidades, lo que reforzó la idea de que debían estar causadas por el mismo mecanismo”, afirmó McCarthy. “Ver el espectro completo de este objeto cambiar a lo largo de minutos fue increíble”, comentó por su parte Johanna Vos, investigadora principal del estudio​.

El análisis revela que las variaciones en el brillo de SIMP 0136 no pueden explicarse solo por la presencia de nubes, sino que deben considerarse una combinación de varios procesos.

Las observaciones mostraron que una parte de las fluctuaciones proviene de nubes profundas formadas por partículas de hierro, mientras que otras están relacionadas con nubes más altas compuestas por minerales de silicato. Sin embargo, otro conjunto de longitudes de onda procede de regiones superiores de la atmósfera, donde se detectaron puntos calientes que podrían estar relacionados con auroras o con la circulación de gases calientes desde las capas inferiores.

Además, el estudio sugiere que la química del carbono en la atmósfera de SIMP 0136 podría jugar un papel fundamental en la variabilidad observada. “Estos resultados son realmente emocionantes porque nos muestran que las abundancias de moléculas como el metano y el dióxido de carbono podrían cambiar de un lugar a otro y con el tiempo” expresó Vos, en referencia a la química dinámica del objeto.

Este hallazgo destaca la importancia de los estudios espectroscópicos de largo plazo para comprender cómo las variaciones en la atmósfera afectan el brillo y la composición del cuerpo, lo que abre nuevas preguntas sobre cómo funcionan los exoplanetas y objetos subestelares, las cuales se investigarán en el futuro.

La capacidad del JWST para capturar la complejidad de SIMP 0136 ofrece una invaluable base de datos para la meteorología exoplanetaria. La variabilidad observada en la atmósfera de este objeto puede proporcionar pistas clave sobre los procesos que también podrían estar presentes en otros mundos.

“Si estuviéramos mirando la Tierra desde lejos, veríamos diferentes patrones en cada color que nos dirían algo sobre su superficie y atmósfera, incluso si no pudiéramos ver los detalles individuales” explicó Philip Muirhead, coautor del estudio, como ejemplo para ilustrar la manera en la que los cambios de color pueden revelar detalles sobre otros cuerpos​. Esto, según Vos, significa que “si estamos observando un exoplaneta y solo podemos obtener una medición, debemos considerar que podría no ser representativa de todo el planeta”.

La próxima misión del Telescopio Espacial Nancy Grace Roman de la NASA, programada para 2027, podrá beneficiarse enormemente de este tipo de análisis espectroscópicos, lo que permitirá una investigación más detallada de los exoplanetas de nuestro vecindario galáctico.