En nuestro sistema solar, los planetas tienen atmósferas muy diferentes. Las atmósferas de los planetas fuera del sistema solar, o exoplanetas, muestran una diversidad aún mayor, y uno de los objetivos de la astronomía moderna es caracterizar esta diversidad.

Sin embargo, eso no es una tarea fácil. Para estudiar las atmósferas exoplanetarias, lo más común es medir cómo los diferentes gases absorben los diferentes colores de la luz de la estrella anfitriona, a medida que el exoplaneta transita frente a su estrella. Las señales espectrales resultantes suelen ser miles de veces más débiles que el brillo de la estrella anfitriona, por lo que detectarlas requiere una precisión exquisita.

Por esa razón, solo las atmósferas de una pequeña fracción de los 5000 exoplanetas conocidos hasta ahora están al alcance de los telescopios actuales. En particular, los exoplanetas con una densidad extremadamente baja son algunos de los mejores candidatos para ese escrutinio atmosférico. Sus atmósferas hinchadas filtran una mayor fracción de la luz estelar durante el tránsito, produciendo señales más grandes (y por lo tanto más fáciles de detectar).

Un equipo de astrónomas y de astrónomos, liderado por Aaron Bello-Arufe como parte de su trabajo de tesis en la Universidad Técnica de Dinamarca (DTU), ha estudiado la atmósfera de HAT-P-67b, el más grande de los exoplanetas en tránsito con un radio medido con precisión. HAT-P-67b es también el gigante gaseoso de menor densidad conocido en la actualidad. Su radio mide el doble que el de Júpiter, pero su masa es solo la de Saturno, lo que le da una densidad inferior a la de las nubes de azúcar o malvaviscos. HAT-P-67b completa una órbita alrededor de su estrella, más grande y más caliente que el Sol, en menos de 5 días. Como resultado, el planeta es bombardeado por la radiación estelar, lo que puede contribuir a inflar el radio de HAT-P-67b e impulsar el escape de su atmósfera.

El equipo de astrónomos, liderado por Aaron Bello-Arufe, ha estudiado la atmósfera de HAT-P-67b. Imagen: NASA/JPL/Caltech.

Utilizando el instrumento Carmenes en el telescopio de 3,5 m de Calar Alto, Bello-Arufe y colaboradores han estudiado, por primera vez, la composición de la atmósfera de HAT-P-67b. HAT-P-67b se encuentra en un régimen de temperaturas en el que se espera que coexistan gases atómicos y moleculares, por lo que un instrumento como Carmenes, que puede acceder a múltiples colores de luz con una resolución espectral extremadamente alta, es particularmente adecuado para estudiar la atmósfera de este mundo exótico.

“Carmenes se ha convertido en un instrumento líder en el estudio de las atmósferas exoplanetarias” subraya Aaron Bello-Arufe, actualmente becario postdoctoral en el Jet Propulsion Laboratory de la NASA. “Mucho de lo que queremos saber sobre las atmósferas de otros planetas, incluidas las velocidades de los vientos y de los gases que escapan, hoy en día está fuera del alcance incluso de los telescopios espaciales más grandes y solo se puede medir con poderosos instrumentos terrestres como Carmenes”.

En tan solo una noche de observación con Carmenes, el equipo ha detectado sodio y calcio ionizado en la atmósfera de HAT-P-67b. El calcio ionizado solo se ha encontrado en planetas más calientes, pero en este caso, se ha notado con mucha fuerza en el espectro de HAT-P-67b. Los modelos teóricos no predecían la presencia de una absorción tan profunda, que podría deberse a una atmósfera altamente ionizada.

Los datos también han revelado una señal particularmente intrigante en las líneas de hidrógeno y de helio. La absorción en estas líneas suele indicar que parte de la atmósfera se está escapando al espacio. Sin embargo, en el caso de HAT-P-67b, las señales de hidrógeno y helio están también presentes antes y después del tránsito del planeta observado con Carmenes. Esto podría deberse a una nube gigante de gas escapado que se extiende mucho más allá del planeta. Si fuese así, HAT-P-67b se convertiría en un objetivo idóneo para estudiar cómo se pierden las atmósferas en el espacio y el papel que juega el entorno estelar. Sin embargo, se necesitan más observaciones para descartar con seguridad la variabilidad estelar como fuente de la señal.

El descubrimiento ha sido aceptado para publicación en el Astronomical Journal.

Referencia: 

Bello-Arufe et al. (2023), The Astronomical Journal, DOI: 10.3847/1538-3881/acd935. Preprint disponible en https://arxiv.org/abs/2307.06356