El telescopio James Webb observa un exoplaneta perdiendo su atmósfera en tiempo real

Un equipo de astrónomos de la Université de Genève, el Centro Nacional de Competencia en Investigación PlanetS y el Instituto Trottier de Investigación sobre Exoplanetas de la Université de Montréal logró un avance significativo utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST). Por primera vez, los investigadores siguieron el gas que escapaba de la atmósfera de un exoplaneta durante toda su órbita alrededor de su estrella.

Las observaciones revelaron un resultado inesperado y dramático. El gigante gaseoso WASP-121b está rodeado no de una, sino de dos enormes corrientes de helio que se extienden a lo largo de más de la mitad de su órbita. Combinando estos datos con modelos computacionales avanzados desarrollados en UNIGE, se obtuvo la visión más detallada hasta la fecha sobre la fuga atmosférica, un proceso poderoso que puede remodelar un planeta a lo largo de períodos prolongados. Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications.

Un Júpiter Ultra Caliente en Condiciones Extremas

WASP-121b pertenece a una clase de planetas conocidos como Júpiteres ultra calientes. Estos gigantes gaseosos orbitan extremadamente cerca de sus estrellas, y WASP-121b completa una revolución completa en solo 30 horas. Debido a su proximidad, la intensa radiación de la estrella calienta la atmósfera del planeta a temperaturas de varios miles de grados.

A tales temperaturas extremas, elementos ligeros como el hidrógeno y el helio pueden liberarse y flotar al espacio. A lo largo de millones de años, esta pérdida constante de material atmosférico puede cambiar significativamente el tamaño, la composición y la evolución a largo plazo del planeta.

La Importancia de la Observación Continua

Hasta ahora, los astrónomos solo habían podido estudiar la fuga atmosférica durante cortos tránsitos planetarios, los breves momentos en que un planeta pasa frente a su estrella desde la perspectiva de la Tierra. Estas instantáneas duraban solo unas pocas horas y proporcionaban información limitada.

Sin un monitoreo ininterrumpido, los científicos no podían determinar cuán lejos se extendía el gas que escapaba ni cómo cambiaba su estructura con el tiempo.

Una Órbita Completa Seguida por James Webb

Utilizando el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRISS) a bordo del telescopio espacial James Webb, el equipo de investigación observó WASP-121b durante casi 37 horas continuas. Esta ventana abarcó más de una órbita completa, convirtiéndose en la detección continua más extensa de helio jamás registrada alrededor de un planeta.

Esta prolongada observación permitió a los científicos rastrear la fuga atmosférica con un detalle y precisión sin precedentes.

Dos Masivas Colas de Helio Descubiertas

Al medir cómo el helio absorbe luz infrarroja, los investigadores encontraron que el gas alrededor de WASP-121b se extiende mucho más allá del propio planeta. La señal de helio sigue siendo visible durante más de la mitad de la órbita del planeta, marcando la observación continua más larga de la fuga atmosférica hasta la fecha.

Lo más sorprendente es que el helio no forma una sola corriente. En cambio, se divide en dos colas distintas. Una se arrastra detrás del planeta, empujada por la radiación estelar y los vientos. La otra se curva hacia adelante, probablemente atraída por la gravedad de la estrella. Juntas, estas corrientes de gas se extienden a una distancia mayor de 100 veces el diámetro del planeta, o más de tres veces la distancia entre el planeta y su estrella.

"Nos sorprendió increíblemente ver cuánto duró la fuga de helio", explica Romain Allart, investigador postdoctoral en la Université de Montréal, exestudiante de doctorado en la Université de Genève y autor principal del artículo. "Este descubrimiento revela la complejidad de los procesos físicos que esculpen las atmósferas de los exoplanetas y su interacción con su entorno estelar. Apenas estamos comenzando a descubrir la verdadera complejidad de estos mundos."

Modelando los Límites de las Teorías Actuales

El Departamento de Astronomía de la Université de Genève ha sido durante mucho tiempo un líder en el estudio de la fuga atmosférica. Los modelos numéricos desarrollados allí jugaron un papel clave en la interpretación de las primeras detecciones de helio realizadas por el JWST.

Si bien estos modelos describen con éxito colas de gas simples, similares a cometas, tienen dificultades para recrear la estructura de doble cola observada alrededor de WASP-121b. "Este descubrimiento indica que la estructura de estos flujos resulta de la gravedad y los vientos estelares, lo que hace esencial una nueva generación de simulaciones en 3D para analizar su física", explica Yann Carteret, estudiante de doctorado en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de UNIGE y coautor del estudio.

¿Qué Sigue para la Investigación de Exoplanetas?

El helio se ha convertido en una de las herramientas más efectivas para rastrear la fuga atmosférica, y la sensibilidad del JWST ahora permite a los científicos detectarlo a distancias y períodos de tiempo sin precedentes. Las observaciones futuras ayudarán a determinar si la estructura de doble cola observada alrededor de WASP-121b es rara o común entre los exoplanetas calientes.

Los investigadores también necesitarán refinar sus modelos teóricos para explicar mejor cómo la gravedad, la radiación y los vientos estelares interactúan para dar forma a estas atmósferas que escapan.

"A menudo, nuevas observaciones revelan las limitaciones de nuestros modelos numéricos y nos empujan a explorar nuevos mecanismos físicos para avanzar en nuestra comprensión de estos mundos distantes", concluye Vincent Bourrier, docente e investigador en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Université de Genève y coautor del estudio.