Por analizamaule
Los astrónomos del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA) y de la Universidad Diego Portales, Suman Saha y James Jenkins, detectaron por primera vez evidencias de titanato de calcio en el exoplaneta WASP-121b.
Un equipo de astrónomos del CATA e investigadores de la Universidad Diego Portales (UDP) lograron la primera detección de nubes de titanato de calcio (CaTiO₃) en la atmósfera del exoplaneta WASP-121b. Este hallazgo, realizado con datos del telescopio espacial James Webb (JWST), posiciona a Chile y al CATA a la vanguardia de la investigación atmosférica de exoplanetas.
WASP-121b pertenece a los Ultra Hot-Jupiters (UHJ), una clase poco común de exoplanetas que se formaron lejos de sus estrellas, pero que con el tiempo migraron hacia órbitas muy próximas sin llegar a caer en ellas. “Este planeta es uno de los más calientes que se conocen, con una temperatura diurna que alcanza los ~2900°K. Es un ejemplo particularmente extremo de planetas gigantes gaseosos que migran hacia órbitas muy cercanas sin caer en su estrella”, explica Suman Saha, Investigador Postdoctoral del CATA y la UDP.
El estudio identificó por primera vez nubes de titanato en el hemisferio diurno del planeta, las cuales se forman mediante la condensación, a gran altitud, del monóxido de titanio (TiO), un material que resiste temperaturas muy altas y que normalmente permanece sólido incluso bajo condiciones extremas. “Solo en los ambientes tan calientes del lado diurno de planetas raros como WASP-121b, el TiO puede permanecer en fase gaseosa y luego condensarse en nubes de titanato de calcio (CaTiO₃)”, señala James Jenkins, Investigador Principal del CATA y académico de la UDP.
Este hallazgo también revela un fenómeno nunca observado directamente; un ciclo de lluvia de titanio en el lado nocturno del planeta. “Las fuertes corrientes atmosféricas de este planeta transportan estas nubes hacia el terminador y el lado nocturno, donde precipitan en forma de lluvia”, explica Saha. Estas zonas son tan frías en comparación al lado diurno que el material precipitado no vuelve a evaporarse, generando una pérdida permanente de titanio y oxígeno en la atmósfera iluminada del planeta.
Como complemento a esta detección, el equipo observó una abundancia reducida de TiO y una elevada relación de carbono y oxígeno (C/O) elevada en el lado diurno, ambas señales concordantes con la existencia de este ciclo. “Desde hace tiempo se ha planteado la hipótesis de que existen ciclos que involucran especies refractarias (es decir, especies muy resistentes al calor que pueden evaporarse y volver a condensarse) en los UHJ, pero nuestro trabajo proporciona la primera detección estadísticamente significativa de dicho fenómeno, lo que lo convierte en un resultado histórico para la comunidad de exoplanetas”, señala Jenkins.
Uso del JWST y del Geryon-3 del CATA
El descubrimiento fue posible gracias a observaciones del telescopio espacial James Webb, utilizando datos públicos obtenidos de los instrumentos NIRISS y NIRSpec, que abarcan un rango detallado entre 0,6 y 5,1 micrones.
“Este estudio utiliza, por primera vez, la espectroscopía de emisión pancromática de WASP-121b del JWST, una técnica que mide la luz del planeta en muchas longitudes de onda distintas para identificar moléculas y nubes. Debido a que este exoplaneta es extremadamente caliente, su espectro de emisión es excepcionalmente preciso y rico en características en un amplio rango de longitudes de onda. Esto permitió romper las típicas confusiones en la interpretación de los fenómenos atmosféricos e identificar de forma sólida los tipos de nubes, lo que hace que esta detección sea especialmente robusta”, explica Suman Saha.
El equipo utilizó además el supercomputador Geryon-3, infraestructura de alto rendimiento del CATA dedicado al análisis de datos astronómicos a gran escala. “Esta herramienta fue esencial para las tareas computacionales del estudio, como la reducción de los conjuntos de datos del JWST, el ajuste de las curvas de luz espectroscópicas y la reconstrucción del perfil atmosférico. Estos datos ocupan grandes volúmenes, lo que hace que su análisis, especialmente cuando se incluyen técnicas computacionalmente intensivas, sea inviable sin acceso a clústeres computacionales a gran escala como Geryon-3”, comenta James Jenkins.
Relevancia para la comunidad científica chilena
Este estudio supone el primer gran descubrimiento de exoplanetas basado en el JWST liderado desde Chile, lo que sitúa tanto a CATA como al país a la vanguardia de la investigación atmosférica de exoplanetas a nivel mundial. “Chile ya alberga algunos de los observatorios astronómicos más potentes y singulares del mundo y cuenta con una comunidad dedicada a la investigación de exoplanetas. Sin embargo, los estudios atmosféricos basados en el JWST representan una de las fronteras más avanzadas en este campo, ya que ofrecen oportunidades para descubrimientos sin precedentes y contribuyen a crear la experiencia necesaria para seguir siendo competitivos a nivel mundial”, enfatiza Saha.
El próximo objetivo de los investigadores será analizar una muestra más amplia de atmósferas de exoplanetas similares y diversas para identificar tendencias evolutivas comunes. “Abrirá nuevas oportunidades para estudiar la evolución atmosférica en exoplanetas extremos, lo que ayudará a revelar sus historias de formación y proporcionará una comprensión más amplia y predictiva de la evolución de los planetas gigantes”, concluye el investigador del CATA.
Enlace a investigación:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae1c1c
Carpeta con imágenes: 03-12 Titanato en WASP-121b
