Amaneceres a 600 grados, vientos de 6.000 kilómetros por hora y una cara oculta: las condiciones extremas de un exoplaneta a 700 años luz

Amaneceres a 600 grados celsius, vientos de más de 6.000 kilómetros por hora soplando sin parar y una cara oculta que nunca ve la luz del sol. Son algunas de las condiciones extremas que soporta el exoplaneta Wasp-39b, un gigante gaseoso –1,3 veces más grande que Júpiter– que se encuentra a unos 700 años luz de la Tierra y que ha revelado, por primera vez, cómo son las condiciones del planeta en dos momentos clave de su día: el amanecer y el atardecer.

Un grupo internacional de científicos, que cuenta con la colaboración de investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha estudiado por primera vez los diferentes patrones atmosféricos que componen un mismo planeta. Una información que han podido conocer gracias a la enorme resolución del telescopio espacial James Webb (JWST), que les ha permitido estudiar las variaciones atmosféricas en tiempo real.

"Es la primera vez que podemos estudiar un planeta en tres dimensiones, pues hasta ahora solo podíamos conocer la atmósfera como una sustancia homogénea", afirma Enric Pallé, investigador del IAC y uno de los firmantes de este artículo publicado en la revista Nature. Sin embargo, los investigadores ya habían teorizado sobre estas variaciones que dependen de la noche y del día, ya que son las mismas variaciones a las que está sometida la Tierra. "En nuestro planeta eso se traduce en entre 4 o 5 grados de diferencia de temperatura entre el día y la noche", insiste.

Gracias a la tecnología del telescopio espacial, los investigadores han podido corroborar que existe un notable contraste en la atmósfera de los exoplanetas durante el día y la noche. En este caso, el gigante gaseoso de Wasp-39b tiene la particularidad adicional, y es que cuenta con dos regiones diferenciadas: una que mira constantemente a su sol, y, por tanto, siempre es de día, y otra que se encuentra en la más absoluta penumbra, por lo que siempre es de noche.

Este fenómeno se produce porque Wasp-39b está muy cerca de su estrella, ejerciendo una gran presión gravitatoria – lo que se conoce como fuerzas de marea (la misma que ejerce la Tierra a la Luna)–, que provoca que su rotación se sincronice con su órbita. En otras palabras, el exoplaneta siempre le muestra la misma cara a su estrella, al igual que la Luna con la Tierra.

200 grados de contraste entre el amanecer y el atardecer

Los científicos han estudiado, en concreto, dos regiones "terminador", que es como se conoce a la línea de transición entre la parte iluminada y la parte en sombra del planeta. Gracias a la información que proporcionan estas rendijas atmosféricas –que denominaron terminador matutino y vespertino–, el grupo de investigación ha podido conocer la notable diferencia de presión y temperatura que existe entre ambas regiones.

Estas variaciones, a su vez, generan unos poderosos vientos, que soplan a velocidades de vértigo en la capa exterior de su atmósfera facilitando el intercambio de calor entre ambas regiones. En concreto, lo hacen a 6.000 kilómetros por hora. Esto es 12 veces más rápido que cualquier viento que pueda soplar en la atmósfera terrestre, ya que en nuestro planeta nunca rebasarán los 500 kilómetros por hora.

Así, en el lado matutino, esos vientos se calientan hasta el punto que, al atardecer la temperatura de su atmósfera alcanza los 800 grados Celsius. El viento arriba entonces al lado oscuro, donde esos intensos vientos se enfrían hasta el amanecer. Es entonces, con los primeros rayos de sol cuando la temperatura atmosférica baja hasta los 600 grados Celsius. Esta abrupta diferencia de 200 grados es, por otro lado, la que genera que el viento sople a una velocidad tan extrema. Y este marcado contraste es también el responsable de que a primeras horas del día haya mayor nubosidad.

"Como el terminador del atardecer está más caliente, eso significa que está región de la atmósfera de Wasp-39 está más expandida. Así que, teóricamente, al contrario de lo que ocurre en los planetas del Sistema Solar, hay un pequeño abultamiento en la atmósfera del Wasp-39 centrado en el lado diurno y terminador vespertino", apunta Pallé. Estos cambios atmosféricos también repercuten en las concentraciones de agua y CO2, que se elevan durante la tarde y caen durante la mañana, aunque siempre siguen "una proporción similar".

Información en tiempo real

Los investigadores han podido ver estas diferencias entre ambas zonas gracias a los datos aportados por el telescopio espacial James Webb, que les ha proporcionado información prácticamente en tiempo real. "Podemos ver espectros de luz cada cinco minutos, lo que permite tener una resolución temporal y podemos estudiar con mayor precisión las características que tiene su atmósfera en momentos concretos", relata Pallé. Este estudio se ha realizado a través de la técnica de tránsito, que evalúa las diferencias del espectro de luz en una estrella cuando su planeta pasa por delante de ella. "De esta forma podemos saber la composición atmosférica, por ejemplo", indica Pallé, quien, sin embargo recuerda que en esta ocasión, gracias al espectrógrafo NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) del JWST, pudieron dar un paso más allá.

Wasp-39 b fue uno de los primeros planetas observados por el JWST cuando comenzó sus operaciones científicas regulares en 2022. Los datos de este estudio se recopilaron en el marco del programa de Ciencia de Publicación Temprana para ayudar a la comunidad internacional a entender rápidamente cómo utilizar los instrumentos del telescopio y aprovechar todo su potencial científico. 

"Wasp-39 b se ha convertido en una especie de planeta de referencia para estudiar la atmósfera de los exoplanetas con JWST", explica Néstor Espinoza, investigador del Space Telescope Science Institute (STScI) y autor principal del estudio. "Tiene una atmósfera extendida, por lo que la señal procedente de la luz estelar filtrada a través de la atmósfera del planeta es bastante intensa", añade.

Tras el excelente resultado obtenido, la comunidad científica intentará ahora utilizar el mismo método de análisis para estudiar las diferencias atmosféricas de otros jupíteres calientes bloqueados por fuerzas de marea, como parte del programa de Observación General Ciclo 2 del telescopio Webb.

Las bases de un nuevo modelo

Esta información ayudará en un futuro a establecer modelos matemáticos sobre las variaciones atmosféricas en los exoplanetas. "Nos ayuda a estudiar los planetas como si fueran objetos tridimensionales y medir las diferencias de la atmósfera en distintas partes del mismo", insiste Pallé.

Además, estos mismos datos serán un buen punto de partida para estudiar atmósferas de planetas más pequeños y parecidos a la Tierra cuando se construyan los nuevos telescopios de 40 metros, como el Telescopio Extremadamente Grande (ELT). No en vano, hoy en día –incluso el potencial de James Webb– es muy difícil conocer sus características o siquiera si disponen de atmósfera alguna. "Muchos de los planetas parecidos a la Tierra orbitan una estrella M, que es muy pequeña, y no emite luz suficiente como para que podamos estudiar la composición atmosférica de estos exoplanetas", revela el investigador del IAC.