¿Huracanes en el espacio? Vea cómo el Hubble reveló condiciones climáticas extremas en un planeta distante

Clima tormentoso en exhibición para el 'Júpiter caliente'

el JúpiterEl planeta WASP-121 de tamaño b no es un lugar al que llamar hogar. Para empezar, orbita cerca de una estrella más brillante y caliente que el Sol. El planeta está tan peligrosamente cerca de su estrella que su atmósfera superior está a unos ardientes 3.400 grados. F – Más caliente que un horno de acero.

Un torrente de radiación ultravioleta de la estrella anfitriona calienta la atmósfera superior del planeta, provocando que el magnesio y el hierro se escapen al espacio. Las fuertes fuerzas de marea gravitacional de la estrella han cambiado la forma del planeta para que se parezca más a la forma de una pelota de fútbol. Combinando varios años de telescopio espacial Hubble Mediante observaciones realizadas mediante modelos informáticos, los astrónomos han encontrado evidencia de huracanes masivos arremolinándose sobre el planeta infernal. Los tornados frecuentemente se crean y destruyen por la gran diferencia de temperatura entre el lado que mira hacia las estrellas y el lado oscuro y nocturno del planeta. exoplaneta.

Este es un concepto artístico del exoplaneta WASP-121 b, también conocido como Tylos. La apariencia del exoplaneta se basa en datos de la simulación del objeto realizada por el Hubble. Utilizando observaciones del Hubble, otro equipo de científicos había informado previamente sobre el descubrimiento de metales pesados ​​como magnesio y hierro que se escapan de la atmósfera superior del exoplaneta extremadamente caliente de Júpiter; Marcándolo como el primer descubrimiento de este tipo. El exoplaneta orbita peligrosamente cerca de su estrella anfitriona, aproximadamente al 2,6% de la distancia entre la Tierra y el Sol, lo que lo pone a punto de ser destrozado por las fuerzas de marea de la estrella. Fuertes fuerzas gravitacionales han cambiado la forma del planeta. Créditos de imagen: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

El Telescopio Espacial Hubble observa el cambio en la atmósfera de un exoplaneta durante un período de 3 años

Combinando varios años de observaciones de NASAUtilizando el Telescopio Espacial Hubble, junto con modelos computacionales, los astrónomos han encontrado evidencia de huracanes masivos y otras actividades climáticas dinámicas arremolinándose en un planeta caliente del tamaño de Júpiter, a 880 años luz de distancia.

El planeta, llamado WASP-121 b, es inhabitable. Pero este resultado representa un primer paso importante en el estudio de los patrones climáticos en mundos distantes y, quizás, eventualmente, en la búsqueda de exoplanetas habitables con climas estables y duraderos.

Durante las últimas décadas, observaciones detalladas con telescopios y naves espaciales de los planetas vecinos de nuestro sistema solar han demostrado que sus atmósferas turbulentas no son estáticas sino que cambian constantemente, al igual que el clima en la Tierra. Esta discrepancia también debería aplicarse a los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. Pero se necesita mucho seguimiento detallado y modelado computacional para medir realmente tales cambios.

Un gran avance en la observación del clima extrasolar

Para realizar este descubrimiento, un equipo internacional de astrónomos recopiló y reprocesó observaciones del Hubble de WASP-121 b tomadas en 2016, 2018 y 2019.

Descubrieron que el planeta tiene una atmósfera dinámica que cambia con el tiempo. El equipo utilizó sofisticadas técnicas de modelado para demostrar que estas dramáticas diferencias horarias pueden explicarse por patrones climáticos en la atmósfera del exoplaneta.

Esta visualización muestra pronósticos de temperatura durante 130 días de exoplaneta, durante el amanecer, el mediodía, el atardecer y la medianoche, para el exoplaneta WASP-121 b, también conocido como Tylos. Las áreas amarillas más brillantes representan áreas en el lado diurno del exoplaneta donde las temperaturas superan los 2.100 grados Kelvin (3.320 grados Fahrenheit); Debido a su proximidad a su estrella anfitriona, aproximadamente el 2,6% de la distancia entre la Tierra y el Sol. Debido a la extrema diferencia de temperatura entre el lado diurno y el lado nocturno, los astrónomos sospechan que el hierro evaporado y otros metales pesados ​​que se filtran en las capas superiores de la atmósfera en el lado diurno caen parcialmente hacia las capas inferiores, lo que hace que llueva hierro durante la noche. Algunos metales pesados ​​también escapan de la gravedad del planeta desde la atmósfera superior. Créditos de imagen: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

El equipo descubrió que la atmósfera de WASP-121 b muestra diferencias notables entre las observaciones. Aún más interesante es que puede haber enormes frentes climáticos, enormes tormentas y huracanes que se crean y destruyen repetidamente debido a la gran diferencia de temperatura entre el lado que mira a la estrella y el lado oscuro del exoplaneta. También detectaron un claro desplazamiento entre la región más caliente del exoplaneta y el punto más cercano a la estrella del planeta, así como una variación en la composición química de la atmósfera del exoplaneta (medida por espectroscopia).

El equipo llegó a estas conclusiones utilizando modelos computacionales para ayudar a explicar los cambios observados en la atmósfera del exoplaneta. «El exquisito detalle de las simulaciones de la atmósfera exoplanetaria nos permite modelar con precisión el clima en planetas muy calientes como WASP-121 b», explicó Jack Skinner, becario postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California, y codirector del estudio. De este estudio. «Aquí damos un importante paso adelante al combinar limitaciones de observación con simulaciones atmosféricas para comprender el clima que varía en el tiempo en estos planetas».

«Este es un resultado muy interesante a medida que avanzamos en la observación de patrones climáticos en exoplanetas», dijo Quentin Changat, uno de los investigadores principales del equipo. Agencia Espacial Europea Investigador del Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland. «Estudiar el clima exoplanetario es vital para comprender la complejidad de las atmósferas exoplanetarias en otros mundos, especialmente en la búsqueda de exoplanetas con condiciones habitables».

Esta visualización muestra los patrones climáticos en el exoplaneta WASP-121 b, también conocido como Tylos. Este vídeo ha sido ralentizado para observar con más detalle los patrones en la atmósfera del exoplaneta. Créditos de imagen: NASA, ESA, Quentin Changat (ESA/STScI), Mehdi Zamani (ESA/Hubble)

WASP-121 b: Un estudio de caso en atmósferas extrasolares

WASP-121 b está tan cerca de su estrella madre que su período orbital es de sólo 1,27 días. Esta proximidad significa que el planeta está bloqueado por mareas, de modo que un hemisferio siempre mira hacia la estrella, de la misma manera que nuestra Luna siempre tiene el mismo lado apuntando hacia la Tierra. Las temperaturas diurnas se acercan a los 3450 °F (2150 °K) en el lado del planeta que mira hacia las estrellas.

El equipo utilizó cuatro conjuntos de observaciones de archivo del Hubble de WASP-121 b. El conjunto de datos completo incluyó observaciones de WASP-121 b pasando frente a su estrella (tomada en junio de 2016); WASP-121 b pasa detrás de su estrella, también conocido como eclipse secundario (capturado en noviembre de 2016); y el brillo de WASP-121 b en función de su ángulo de fase con respecto a la estrella (la cantidad variable de luz recibida en la Tierra desde un exoplaneta mientras orbita su estrella madre, similar al ciclo de fase de la Luna). Estos datos fueron tomados en marzo de 2018 y febrero de 2019, respectivamente.

«El conjunto de datos combinado representa una cantidad significativa de tiempo de observación para un solo planeta, y actualmente es el único conjunto consistente de estas observaciones repetidas», dijo Changat. La información que extrajimos de esas observaciones se utilizó para inferir la química, la temperatura y la nubosidad presentes en la atmósfera de WASP-121 b en diferentes momentos. Esto nos ha proporcionado una imagen fascinante de cómo ha cambiado el planeta con el tiempo.

Las capacidades únicas del Hubble también son evidentes en la amplia gama de programas científicos que permitirá a través de observaciones del Ciclo 31, que comenzó el 1 de diciembre. Aproximadamente dos tercios del tiempo del Hubble se dedicarán a estudios de imágenes, mientras que el resto se dedicará a estudios espectroscópicos. , como los utilizados en WASP-121 b. Más detalles sobre el Curso 31 Ciencias se encuentran en A Último anuncio.

Referencia: «¿Es variable la atmósfera del muy caliente Júpiter WASP-121b?» Por Quentin Changat, Jack W. Skinner, James Y.K. Zhu, Jonas Natella, Ingo B. Waldmann, Ahmed F. Al-Rifai, Akren Derrick, Billy Edwards, Thomas Mikal Evans, Max Joshua, Giuseppe Murillo, Nour Skaf, Angelos Tsiaras, Olivia Vinot y Kai Ho Yip, 2 de enero de 2023. Astrofísica > Física de la Tierra y planetaria Astrofísica.
arXiv:2401.01465

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la Agencia Espacial Europea. El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, opera el telescopio. El Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas en Hubble y Webb. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, DC