James Webb observa, por primera vez, la composición química de nubes extraterrestres

El estudio, que se publica hoy mismo en 'Nature', vuelve a demostrar la extraordinaria capacidad del James Webb, en especial la de su instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI), para llevar a cabo observaciones imposibles hasta ahora, como son las de atmósferas de planetas más allá del Sistema Solar.

WASP-107b es un mundo único que gira alrededor de una estrella ligeramente más fría y pequeña que nuestro Sol. Su masa es similar a la de Neptuno, pero su tamaño es mucho mayor, casi tanto como el del gigantesco Júpiter. Lo cual implica que WASP-107b es bastante 'esponjoso' en comparación con los gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar. Esponjosidad que se traduce en una menor densidad atmosférica y que permite a los astrónomos observar su atmósfera a una profundidad 50 veces mayor de lo que podrían hacerlo en Júpiter o Neptuno.

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De este modo, y gracias a que las señales del espectro (que revelan la naturaleza de los materiales) son mucho más fuertes en una atmósfera menos densa, los investigadores pudieron desentrañar su compleja composición química y confirmar la presencia de vapor de agua, dióxido de azufre (SO2) y nubes de silicato. Sorprendentemente, no hallaron ni rastro del gas de efecto invernadero metano (CH4).

Las detecciones proporcionan información crucial sobre la dinámica y la química de este mundo extraño. En primer lugar, la ausencia de metano sugiere un interior potencialmente cálido, lo que ofrece una tentadora pista de cómo podría moverse la energía térmica a través de la atmósfera del planeta. En segundo lugar, el descubrimiento de dióxido de azufre (conocido por su característico olor a cerillas quemadas) fue una gran sorpresa. Los modelos anteriores, de hecho, habían predicho su ausencia, pero los nuevos modelos climáticos de la atmósfera de WASP-107b muestran ahora que la propia esponjosidad de la atmósfera se adapta a la formación de dióxido de azufre.

De hecho, y aunque su estrella anfitriona emite una cantidad relativamente pequeña de fotones de alta energía debido a su naturaleza más fría, esos fotones pueden penetrar a gran profundidad en la atmósfera gracias, precisamente, a su naturaleza esponjosa. Lo cual permite que se produzcan las reacciones químicas necesarias para producir dióxido de azufre.

Pero eso no es todo. Los modelos, en efecto, predicen la existencia de nubes, ya que si no las hubiera tanto el dióxido de azufre como el vapor de agua serían mucho más abundantes de lo que midieron los investigadores. Las nubes oscurecen parcialmente el vapor de agua y el dióxido de azufre de la atmósfera, de modo que los instrumentos revelan menos cantidad de la que realmente hay.

Si bien se ha inferido la presencia de nubes en otros planetas, esta es la primera vez que los astrónomos consiguen identificar fehacientemente la composición química de nubes extraterrestres. Las nubes de WASP-107b, concluye el estudio, están formadas por pequeñas partículas de silicato, una sustancia familiar para los humanos que se encuentra en muchas partes del mundo como constituyente principal de la arena.

«James Webb está revolucionando la caracterización de exoplanetas -afirma Leen Decin, autor principal del artículo- proporcionando conocimientos sin precedentes a una velocidad notable. El descubrimiento de nubes de arena, agua y dióxido de azufre en este exoplaneta esponjoso por parte del instrumento MIRI del JWST es un hito fundamental. Remodela nuestra comprensión de la formación y evolución planetaria, arrojando nueva luz sobre nuestro propio Sistema Solar».

A diferencia de lo que sucede en la atmósfera terrestre, donde el agua se congela a muy bajas temperaturas, los planetas gaseosos son mucho más calientes. Y en los que alcanzan temperaturas de alrededor de 1.000 grados las partículas de silicato pueden 'congelarse' y formar nubes. Aunque no es el caso de WASP-107b. Con una temperatura de alrededor de 500 grados en la atmósfera exterior, los modelos tradicionales predecían que las nubes de silicato deberían formarse a mayor profundidad dentro de la atmósfera, donde las temperaturas son sustancialmente más altas. ¿Cómo es posible entonces que estas nubes de arena existan a gran altura y sigan perdurando?

Según Michiel Min, coautor principal del artículo, «el hecho de que veamos estas nubes de arena en lo alto de la atmósfera debe significar que las gotas de lluvia de arena se evaporan en capas más profundas y muy calientes y el vapor de silicato resultante se mueve eficientemente hacia arriba, donde puede volver a condensarse para formar nubes de silicato una vez más. Esto es muy similar al ciclo del vapor de agua y las nubes en nuestra Tierra, pero con gotas hechas de arena».

En conjunto, la investigación no sólo arroja luz sobre el exótico mundo de WASP-107b, sino que también amplía los límites de nuestra comprensión de las atmósferas planetarias en general. De hecho, marca un hito importante en la exploración de exoplanetas, revelando la intrincada interacción de sustancias químicas y condiciones climáticas en estos mundos distantes.

En palabras de Achrène Dyrek, otro de los autores del estudio, «JWST permite una caracterización atmosférica profunda de un exoplaneta que no tiene ninguna contraparte en nuestro Sistema Solar. ¡Estamos desentrañando mundos completamente nuevos!»