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Química exoplanetaria

Estudiar la composición de mundos alrededor de otros soles: lo que hace unas pocas décadas era ciencia ficción, hoy en día es una realidad. De los más de 400 planetas extrasolares descubiertos hasta la fecha no podemos saber nada sobre su estructura, más allá de conjeturas razonables basadas en modelos teóricos. Estas dificultades vienen dadas por la enorme lejanía de los exoplanetas y las limitaciones de los métodos de detección.

Pero en algunos pocos casos, hemos podido analizar sus atmósferas con los telescopios espaciales Spitzer y Hubble. Aunque se encuentran fuera de la atmósfera terrestre y están libres de su distorsión, los planetas extrasolares están a una distancia tan enorme que la resolución de los espectros obtenidos por los instrumentos de estos telescopios es muy escasa. Pese a todo, el que podamos estudiar la composición de un mundo situado a decenas de años luz es un logro técnico impresionante.

HD 189733b y HD 209458b son los exoplanetas cuya composición química conocemos mejor. Ambos son “Júpiteres calientes”, es decir, planetas gigantes que orbitan alrededor de su estrella a una distancia mínima, por lo que su temperatura en la zona diurna es altísima. Son los únicos mundos fuera del Sistema Solar en los que se ha detectado la presencia de sodio, vapor de agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono y metano.

HD 189733b es un 13% más masivo que Júpiter, aunque su tamaño es muy similar. Orbita una estrella de tipo K -un poco más fría que el Sol- a 63 años luz en la constelación de Vulpecula. Está situado tan cerca de ella que su “año” es de sólo 2,2 días. Fue detectado en 2005 por el método de la velocidad radial y, posteriormente, mediante el método del tránsito. Como consecuencia, podemos conocer su densidad de forma aproximada y crear modelos generales de su atmósfera. Gracias a las altas temperaturas de su superficie, el planeta emite una enorme cantidad de radiación infrarroja, lo que permitió en febrero de 2007 obtener por primera vez un espectro mediante el telescopio espacial Spitzer. Este telescopio trabaja en el infrarrojo y en esta longitud de onda la diferencia de brillo entre el planeta y su estrella no es tan grande como en el visible. Aunque no podemos “ver” el planeta directamente -ni siquiera en infrarrojo-, podemos restar la emisión de la estrella cuando el planeta está situado tras ella a la luz emitida por el conjunto planeta-estrella. Como resultado, podemos ver la radiación infrarroja reflejada por el lado diurno del planeta. Si descomponemos esta luz en distintas longitudes de onda, obtenemos un espectro que nos puede revelar la composición del planeta. Es importante resaltar que los elementos más fácilmente detectables no siempre son los más abundantes. Sin duda, los elementos principales que forman la mayoría de exoplanetas gaseosos son hidrógeno y helio -los elementos más abundantes del Universo-, pero su detección no es trivial. No en vano, recordemos que el helio se detectó antes en el Sol que en la Tierra (de ahí su nombre).

Además de obtener su espectro, en 2007 el telescopio Spitzer observó este planeta durante 33 horas, lo que permitió crear un “mapa” de las temperaturas superficiales estimadas. En julio de ese mismo año, se pudo confirmar la presencia de vapor de agua en la atmósfera, dato que fue posteriormente confirmado por el telescopio espacial Hubble, el cual también detectó la presencia de metano. El metano no es estable a la temperatura máxima que experimenta el planeta durante el día (unos 1000º C), pero evidentemente debe existir alguna zona donde esta molécula pueda preservarse (el lado nocturno y/o capas atmosféricas inferiores).

Mapa de temperaturas de HD 189733b (NASA).

Mapa de temperaturas de HD 189733b (NASA).

HD 209458b es por su parte uno de los pocos exoplanetas con un nombre propio extraoficial: Osiris. Orbita una estrella de tipo G a 150 años luz de nosotros situada en la constelación de Pegaso. Su año es de 3,5 días y tiene una masa inferior a la de Júpiter (0,69 veces), aunque su radio es un 35% mayor. Su baja densidad y estructura interna es todo un misterio. Fue descubierto en 1999 y ha sido detectado también por los métodos de la velocidad radial y el tránsito. De hecho, fue el primer planeta en ser descubierto por este último método. En 2001, el telescopio Hubble detectó sodio proveniente de las capas externas del planeta. Era la primera vez que se descubría un elemento químico que formaba parte de un planeta extrasolar. El Hubble también descubrió que Osiris se asemejaba a un cometa, perdiendo parte de su atmósfera en el medio interplanetario debido a la enorme temperatura de su superficie. En la “coma” del planeta se pudo encontrar, además de sodio, hidrógeno, carbono y oxígeno. Junto con HD 189733b, fue el primer planeta del que se obtuvo un espectro mediante el Spitzer y, al igual que su “hermano”, pronto se verificó la presencia de vapor de agua. El 20 de octubre de 2009 se publicaron los resultados que avalan la detección de metano y dióxido de carbono en el planeta.

Osiris (NASA).

Osiris (NASA).

HD 209458b y HD 189733b son los primeros mundos fuera del Sistema Solar que hemos analizado. Hasta la fecha, la elaboración de modelos teóricos del interior de estos exoplanetas se ha revelado como todo un desafío de primer orden. El futuro telescopio espacial James Webb también trabajará en el infrarrojo como el Spitzer y permitirá obtener más y mejores espectros de exoplanetas. Estos datos nos permitirán crear mejores modelos de la estructura atmosférica de estos mundos y comprobar cuáles son sus diferencias con respecto a los planetas gigantes de nuestro sistema.

Aunque estos gigantes gaseosos no pueden ser habitables, nos permitirán refinar las técnicas necesarias para estudiar la composición de las atmósferas de los planetas terrestres en el futuro.

Publicado bajo la categoría Exoplanetas

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