"Más allá de la ciencia ficción": las primeras observaciones en 3D de la atmósfera de un exoplaneta revelan un clima único
18 de Febrero de 2025Un equipo de astrónomos y astrónomas ha podido sondear la atmósfera de un planeta situado fuera del Sistema Solar, mapeando su estructura en 3D por primera vez. Al combinar las cuatro unidades de telescopio del Very Large Telescope (VLT de ESO) del Observatorio Europeo Austral, detectaron potentes vientos que transportan elementos químicos como el hierro y el titanio, creando intrincados patrones climáticos en la atmósfera del planeta. El descubrimiento abre la puerta a estudios detallados de la composición química y el clima de otros mundos alienígenas.
"La atmósfera de este planeta se comporta de maneras que desafían nuestra comprensión de cómo funciona el clima, no solo en la Tierra, sino en todos los planetas. Parece sacado de la ciencia ficción", afirma Julia Victoria Seidel, investigadora del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile y autora principal del estudio, publicado hoy en Nature.
El planeta, WASP-121b (también conocido como Tylos), está a unos 900 años luz de distancia, en la constelación de Puppis. Es un Júpiter ultracaliente, un gigante gaseoso que orbita alrededor de su estrella anfitriona tan cerca que un año allí dura solo unas 30 horas terrestres. Además, un lado del planeta es abrasador, ya que siempre está mirando hacia la estrella, mientras que el otro lado es mucho más frío.
Ahora el equipo ha estudiado las profundidades de la atmósfera de Tylos y ha revelado la presencia de distintos vientos en capas separadas, creando un mapa en tres dimensiones de la estructura de la atmósfera. Es la primera vez que la comunidad astronómica ha podido estudiar la atmósfera de un planeta fuera de nuestro Sistema Solar con tanta profundidad y detalle.
"Lo que descubrimos fue sorprendente: una corriente en chorro hace girar el material alrededor del ecuador del planeta, mientras que un flujo separado en los niveles más bajos de la atmósfera mueve el gas del lado caliente al lado más frío. Este tipo de clima nunca se ha visto antes en ningún planeta", afirma Seidel, quien también es investigadora en el Laboratorio Lagrange, que forma parte del Observatorio de la Costa Azul, en Francia. La corriente en chorro observada se extiende por la mitad del planeta, ganando velocidad y agitando violentamente la atmósfera superior a medida que cruza el lado caliente de Tylos. "En comparación, incluso los huracanes más fuertes del Sistema Solar parecen tranquilos", añade.
Para desvelar la estructura tridimensional de la atmósfera del exoplaneta, el equipo utilizó el instrumento ESPRESSO del VLT de ESO con el fin de combinar la luz de sus cuatro grandes unidades de telescopio en una sola señal. Este modo combinado del VLT recoge cuatro veces más luz que una unidad de telescopio individual, revelando detalles más tenues. Al observar el planeta durante un tránsito completo frente a su estrella anfitriona, ESPRESSO pudo detectar firmas de múltiples elementos químicos, detectando, como resultado, las diferentes capas de la atmósfera.
"El VLT nos permitió sondear tres capas diferentes de la atmósfera del exoplaneta de una sola vez", declara el coautor del estudio, Leonardo A. dos Santos, astrónomo asistente en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Estados Unidos. El equipo rastreó los movimientos del hierro, el sodio y el hidrógeno, lo que les permitió rastrear los vientos en las capas profunda, media y poco profunda de la atmósfera del planeta, respectivamente. "Es el tipo de observación que es muy difícil de hacer con telescopios espaciales, lo que pone de manifiesto la importancia de las observaciones terrestres de exoplanetas", añade.
Curiosamente, las observaciones también revelaron la presencia de titanio justo debajo de la corriente en chorro, como se destaca en un estudio complementario publicado en Astronomy and Astrophysics. Esta fue otra sorpresa, ya que observaciones anteriores del planeta habían mostrado la ausencia de este elemento, posiblemente porque está oculto en las profundidades de la atmósfera.
"Es realmente alucinante que podamos estudiar detalles como la composición química y los patrones climáticos de un planeta a una distancia tan grande", declara Bibiana Prinoth, estudiante de doctorado en la Universidad de Lund (Suecia) y ESO, quien dirigió el estudio complementario y es coautora del artículo de Nature.
Sin embargo, para descubrir la atmósfera de planetas más pequeños, similares a la Tierra, se necesitarán telescopios más grandes. Entre ellos se encuentra el Extremely Large Telescope (ELT) de ESO, que se encuentra actualmente en construcción en el desierto de Atacama, en Chile. "El ELT cambiará las reglas del juego para el estudio de las atmósferas de los exoplanetas", afirma Prinoth. "Esta experiencia me hace sentir que estamos a punto de descubrir cosas increíbles con las que hasta ahora solo podemos soñar”.
Información adicional
Esta investigación se ha presentado en un artículo publicado en la revista Nature titulado “Vertical structure of an exoplanet’s atmospheric jet stream” (doi:10.1038/s41586-025-08664-1).
El equipo está compuesto por: Julia V. Seidel (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ESO Chile]; Laboratorio Lagrange, Observatorio de la Costa Azul, CNRS, Universidad de la Costa Azul, Niza, Francia [Lagrange]); Bibiana Prinoth (ESO Chile y Observatorio de Lund, División de Astrofísica, Departamento de Física, Universidad de Lund, Lund, Suecia [ULund]); Lorenzo Pino (INAF-Observatorio Astrofísico de Arcetri, Florencia, Italia); Leonardo A. dos Santos (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, EE.UU.; Universidad Johns Hopkins, Baltimore, EE.UU.); Hritam Chakraborty (Observatorio de Ginebra, Departamento de Astronomía, Universidad de Ginebra, Versoix, Suiza [UNIGE]); Vivien Parmentier (Lagrange); Elyar Sedaghati (ESO Chile), Joost P. Wardenier (Departamento de Física, Instituto Trottier para la Investigación en Exoplanetas [IREx], Universidad de Montreal, Canadá); Casper Farret Jentink (UNIGE); María Rosa Zapatero Osorio (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, España); Romain Allart (IREx); David Ehrenreich (UNIGE); Monika Lendl (UNIGE); Giulia Roccetti (Observatorio Europeo Austral, Garching -cerca de Múnich-, Alemania; Instituto de Meteorología, Universidad Ludwig-Maximilian de Múnich, Múnich, Alemania); Yuri Damasceno (Instituto de Astrofísica y Ciencias del Espacio, Universidad de Oporto, Oporto, Portugal [IA-CAUP]; Departamento de Física y Astronomía, Facultad de Ciencias, Universidad de Oporto, Oporto, Portugal [FCUP]; ESO Chile); Vincent Bourrier (UNIGE); Jorge Lillo-Box (Centro de Astrobiología (CAB); CSIC-INTA, Madrid, España); H. Jens Hoeijmakers (ULund); Enric Pallé (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, España [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, La Laguna, Tenerife, España [IAC-ULL]); Nuno Santos (IA-CAUP y FCUP); Alejandro Suárez Mascareño (IAC e IAC-ULL); Sergio G. Sousa (IA-CAUP); Hugo M. Tabernero (Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica e IPARCOS-UCM (Instituto de Física de Partículas y del Cosmos de la UCM), Universidad Complutense de Madrid, España); y Francesco A. Pepe (UNIGE).
La investigación que descubrió la presencia de titanio, se publicó en la revista Astronomy & Astrophysics en un artículo titulado " Titanium chemistry of WASP-121 b with ESPRESSO in 4-UT mode” (doi: 10.1051/0004-6361/202452405).
El equipo detrás de este artículo está compuesto por: Bibiana Prinoth (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ESO Chile] y Observatorio de Lund, División de Astrofísica, Departamento de Física, Universidad de Lund, Lund, Suecia [ULund]); Julia V. Seidel (ESO Chile; Laboratorio Lagrange, Observatorio de la Costa Azul, CNRS, Universidad de la Costa Azul, Niza, Francia [Lagrange]); H. Jens Hoeijmakers (ULund); Brett M. Morris (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, Baltimore, EE.UU.); Martina Baratella (ESO Chile); Nicholas W. Borsato (ULund, Escuela de Ciencias Matemáticas y Físicas, Universidad Macquarie, Sídney, Australia); Yuri Damasceno (Instituto de Astrofísica y ciencias del Espacio, Universidad de Oporto, Oporto, Portugal [IA-CAUP]; Departamento de Física y Astronomía, Facultad de Ciencias, Universidad de Oporto, Oporto, Portugal [FCUP]; ESO Chile); Vivien Parmentier (Lagrange); Daniel Kitzmann (Universidad de Berna, Instituto de Física, División de Investigación Espacial y Ciencias Planetarias, Berna, Suiza); Elyar Sedaghati (ESO Chile); Lorenzo Pino (INAF-Observatorio Astrofísico de Arcetri, Florencia, Italia); Francesco Borsa (INAF-Observatorio Astronómico de Brera, Merate, Italia); Romain Allart (Departamento de Física, Instituto Trottier para la Investigación de Exoplanetas [IREx], Universidad de Montreal, Canadá); Nuno Santos (IA-CAUP y FCUP); Michal Steiner (Observatorio de la Universidad de Ginebra, Versoix, Suiza); Alejandro Suàrez Mascareño (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, España; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, La Laguna, Tenerife, España); Hugo M. Tabernero (Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica e IPARCOS-UCM (Instituto de Física de Partículas y del Cosmos de la UCM), Universidad Complutense de Madrid, España); y María Rosa Zapatero Osorio (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, España).
El Observatorio Europeo Austral (ESO) pone a disposición de la comunidad científica mundial los medios necesarios para desvelar los secretos del Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios de vanguardia basados en tierra -utilizados por la comunidad astronómica para abordar preguntas emocionantes y difundir la fascinación por la astronomía- y promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecida como organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados Miembros (Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza), junto con Chile, país anfitrión, y con Australia como socio estratégico. La sede de ESO y su planetario y centro de visitantes, el ESO Supernova, se encuentran cerca de Múnich (Alemania), mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. ESO opera tres sitios de observación: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), y telescopios de rastreo como VISTA. También en Paranal, ESO albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. En Chajnantor, junto con socios internacionales, ESO opera ALMA, una instalación que observa los cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de Paranal, estamos construyendo "el ojo más grande del mundo para mirar el cielo": el Telescopio Extremadamente Grande de ESO (ELT, Extremely Large Telescope). Desde nuestras oficinas en Santiago (Chile), apoyamos el desarrollo de nuestras operaciones en el país y nos comprometemos con los socios chilenos y con la sociedad chilena.
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