Los científicos que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han identificado un tipo de exoplaneta previamente desconocido, cuya atmósfera desafía la comprensión actual de cómo se forman los planetas.
El mundo recién observado tiene una forma alargada, parecida a un limón, y puede incluso contener diamantes en su interior profundo. Ubicado en algún lugar entre lo que los astrónomos suelen considerar un planeta y una estrella, sus propiedades peculiares hacen que sea difícil de clasificar.
Un mundo de carbono como ningún otro
El objeto, conocido oficialmente como PSR J2322-2650b, tiene una atmósfera dominada por helio y carbono en lugar de los gases conocidos que se ven en la mayoría de los exoplanetas conocidos. Con una masa comparable a la de Júpiter, el planeta está envuelto en nubes oscuras que parecen nubes. Bajo la intensa presión dentro del planeta, los científicos creen que el carbono de estas nubes podría comprimirse y convertirse en diamantes. El planeta orbita alrededor de una estrella de neutrones que gira rápidamente.
A pesar de las observaciones detalladas, aún se desconoce cómo se formó el planeta.
“El planeta orbita una estrella que es completamente inusual: la masa del Sol, pero el tamaño de una ciudad”, dijo Michael Zhang, astrofísico de la Universidad de Chicago que dirigió el estudio. La investigación ha sido aceptada para su publicación en Astrophysical Journal Letters. “Este es un nuevo tipo de atmósfera planetaria que nadie ha visto antes”.
“Fue una completa sorpresa”, dijo Peter Gao del Laboratorio Planetario y Terrestre Carnegie en Washington, DC.
Un planeta orbitando un púlsar
PSR J2322-2650b orbita una estrella de neutrones, también conocida como púlsar, que gira a velocidades extraordinarias.
Los púlsares emiten potentes rayos de radiación electromagnética desde sus polos magnéticos a intervalos medidos en milisegundos. La mayor parte de la radiación viene en forma de rayos gamma y otras partículas de alta energía que son invisibles para los instrumentos infrarrojos de la red.
Debido a que la estrella en sí no abruma al detector de Webb, los investigadores pueden observar el planeta a lo largo de toda su órbita. Esto es poco probable, ya que la mayoría de las estrellas son mucho más brillantes que los planetas que las rodean.
“Este sistema es único porque podemos ver el planeta iluminado por su estrella anfitriona, pero no la estrella anfitriona en absoluto”, dijo Maya Belezne, estudiante graduada de la Universidad de Stanford que ayudó a modelar el tamaño y la órbita del planeta. “Así que tenemos un espectro realmente primitivo. Y podemos estudiar este sistema con más detalle que los exoplanetas típicos”.
Un descubrimiento atmosférico sorprendente
Cuando los científicos analizaron la firma atmosférica del planeta, encontraron algo completamente inesperado.
“En lugar de encontrar las moléculas normales que esperaríamos ver en un exoplaneta, como agua, metano y dióxido de carbono, vimos carbono molecular, específicamente C3 y C2”, dijo Zhang.
La presión extrema dentro del planeta puede cristalizar ese carbono, creando potencialmente diamantes muy por debajo de la superficie.
Sin embargo, la cuestión más desconcertante sigue sin respuesta.
“Es muy difícil imaginar cómo se podría obtener esta composición extremadamente rica en carbono”, dijo Zhang. “Parece descartar todo proceso de formación conocido”.
Un abrazo mortal es un planeta.
PSR J2322-2650b orbita notablemente cerca de su estrella, a poco más de 1 millón de millas de distancia. En comparación, la Tierra se encuentra a unos 160 millones de kilómetros del Sol.
Debido a esta proximidad, el planeta completa una órbita completa (el tiempo que tarda en dar la vuelta a la estrella) en sólo 7,8 horas.
Al modelar cambios sutiles en el brillo del planeta, los investigadores determinaron que la intensa atracción gravitacional de muchos púlsares masivos está expandiendo el planeta hasta adoptar su forma de limón.
El sistema puede pertenecer a una rara categoría conocida como viuda negra. En estos sistemas, un púlsar que gira rápidamente está asociado con un compañero pequeño y de baja masa. En las primeras etapas, el material de su compañero fluye hacia el púlsar, aumentando su giro y alimentando un fuerte viento. Ese viento, junto con una intensa radiación, aleja lentamente el material de los objetos más pequeños.
Al igual que la araña que le da nombre, el púlsar devora lentamente a su compañero.
En este caso, sin embargo, la Unión Astronómica Internacional clasifica a su compañero como un exoplaneta, no como una estrella.
“¿Esta cosa se formó como un planeta normal? No, porque la composición es completamente diferente”, dijo Zhang. “¿Se formó al desintegrar la parte exterior de una estrella, como se forman los sistemas ‘normales’ de viuda negra? Probablemente no, porque la física nuclear no produce carbono puro”.
Un misterio que los científicos están ansiosos por resolver
Roger Romani, de la Universidad de Stanford y del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas, es uno de los principales expertos del mundo en sistemas de viuda negra. Propuso una posible explicación para la extraña atmósfera del planeta.
“A medida que el compañero se enfriaba, la mezcla de carbono y oxígeno del interior comenzó a cristalizar”, dijo Romani. “Los cristales de carbono puro flotan hacia la superficie y se mezclan con el helio, y eso es lo que vemos. Pero entonces tiene que suceder algo para mantener alejados el oxígeno y el nitrógeno. Y ahí es donde radica la controversia”.
“Pero es bueno no saberlo todo”, añadió Romani. “Tengo muchas ganas de aprender más sobre lo extraño de este entorno. Es genial intentar resolver un rompecabezas”.
Por qué la Web marcó la diferencia
Este descubrimiento sólo fue posible gracias a la sensibilidad infrarroja y las condiciones de observación únicas del Telescopio Espacial James Webb. Ubicado a casi un millón de millas de la Tierra, Webb utiliza un enorme protector solar para mantener sus instrumentos extremadamente fríos, algo esencial para detectar débiles señales infrarrojas.
“En la Tierra, muchas cosas están calientes, y ese calor realmente interfiere con las observaciones porque es otra fuente de fotones con la que hay que lidiar”, dijo Zhang. “Simplemente no es posible desde cero”.
Otros contribuyentes de la Universidad de Chicago incluyen al profesor Jacob Bean, el estudiante graduado Brandon Park Coy y Rafael Luke, quien fue investigador postdoctoral en la UChicago y ahora se encuentra en el Instituto de Astrofísica de Andalucía en España.
La financiación de la investigación provino de la NASA y la Fundación Heising-Simons.
