Datos del telescopio espacial Webb, combinados con observaciones del Hubble, han ofrecido explicación para los mundos 'inflados', que presentan grandes radios y baja densidad.
Dos equipos independientes de investigadores estudiaron el caso de WASP-107. Con más de tres cuartas partes del volumen de Júpiter pero menos de una décima parte de su masa, el exoplaneta WASP-107 b, el "cálido Neptuno", es uno de los planetas menos densos conocidos. Si bien los planetas hinchados no son infrecuentes, la mayoría son más calientes y masivos y, por lo tanto, más fáciles de explicar.
"Basándonos en su radio, masa y edad, pensamos que WASP-107 b tenía un núcleo rocoso muy pequeño rodeado por una enorme masa de hidrógeno y helio", explicó en un comunicado Luis Welbanks de la Universidad de Arizona State (ASU), autor principal de un estudio publicado en Nature. "Pero era difícil entender cómo un núcleo tan pequeño podía absorber tanto gas y luego no llegar a crecer hasta convertirse en un planeta con la masa de Júpiter".
Si WASP-107 b, en cambio, tuviera más masa en el núcleo, la atmósfera debería haberse contraído a medida que el planeta se enfrió en el tiempo transcurrido desde que se formó. Sin una fuente de calor para volver a expandir el gas, el planeta debería ser mucho más pequeño. Aunque WASP-107 b tiene una distancia orbital de sólo 7,5 millones de kilómetros (un séptimo de la distancia entre Mercurio y el Sol), no recibe suficiente energía de su estrella para estar tan inflado.
"WASP-107 b es un objetivo muy interesante para Webb porque es significativamente más frío y tiene una masa más parecida a la de Neptuno que muchos de los otros planetas de baja densidad, los Júpiter calientes, que hemos estado estudiando", dijo David Sing de la Universidad Johns Hopkins (JHU), autor principal de un estudio paralelo también publicado en Nature. "Como resultado, deberíamos poder detectar metano y otras moléculas que puedan brindarnos información sobre su química y dinámica interna que no podemos obtener de un planeta más caliente".
El radio gigante, la atmósfera extendida y la órbita de borde de WASP-107 b lo hacen ideal para la espectroscopia de transmisión, un método utilizado para identificar los diversos gases en la atmósfera de un exoplaneta en función de cómo afectan la luz de las estrellas.
Combinando observaciones de NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) y MIRI (instrumento de infrarrojo medio) de Webb, y WFC3 (cámara de campo amplio 3) del Hubble, el equipo de Welbanks pudo construir un amplio espectro de luz de 0,8 a 12,2 micrones absorbida por la atmósfera de WASP-107 b. Utilizando el NIRSpec (espectrógrafo de infrarrojo cercano) de Webb, el equipo de Sing construyó un espectro independiente que abarca de 2,7 a 5,2 micrones.
La notable precisión de los datos hace posible no sólo detectar, sino también medir la abundancia de una gran cantidad de moléculas, incluido el vapor de agua (H2O), el metano (CH4), el dióxido de carbono (CO2), el monóxido de carbono (CO), el dióxido de azufre (SO2) y el amoníaco (NH3).
"Con la espectroscopia NIRSpec de Webb obtenemos información directa sobre la química de WASP-107 b", dijo Stephan Birkmann de la Agencia Espacial Europea (ESA) e investigador principal de las observaciones NIRSpec del estudio. "La espectroscopia NIRSpec nos permite sondear la composición atmosférica del planeta y complementa perfectamente las observaciones MIRI y NIRCam".
Ambos espectros muestran una sorprendente falta de metano en la atmósfera de WASP-107 b: una milésima parte de la cantidad esperada según la temperatura supuesta.
"Esto es evidencia de que el gas caliente de las profundidades del planeta debe estar mezclándose vigorosamente con las capas más frías de más arriba", explicó Sing. "El metano es inestable a altas temperaturas. El hecho de que hayamos detectado tan poco, aunque sí detectamos otras moléculas que contienen carbono, nos dice que el interior del planeta debe estar significativamente más caliente de lo que pensábamos".
Una fuente probable de energía interna adicional de WASP-107 b es el calentamiento de las mareas causado por su órbita ligeramente elíptica. Dado que la distancia entre la estrella y el planeta cambia continuamente durante la órbita de 5,7 días, la atracción gravitacional también está cambiando, estirando el planeta y calentándolo.
Los investigadores habían propuesto previamente que el calentamiento de las mareas podría ser la causa de la hinchazón de WASP-107 b, pero hasta que llegaron los resultados de Webb, no había evidencia.
Una vez que establecieron que el planeta tiene suficiente calor interno para agitar completamente la atmósfera, los equipos se dieron cuenta de que los espectros también podrían proporcionar una nueva forma de estimar el tamaño del núcleo.
"Si sabemos cuánta energía hay en el planeta, y sabemos qué proporción del planeta son elementos más pesados como carbono, nitrógeno, oxígeno y azufre, versus cuánto es hidrógeno y helio, podemos calcular cuánta masa debe haber en el núcleo del planeta", explicó Daniel Thorngren de JHU.
Resulta que el núcleo tiene al menos el doble de masa de lo estimado originalmente, lo que tiene más sentido en términos de cómo se forman los planetas. En definitiva, resulta que WASP-107 b no es tan misterioso como parecía.
"Los datos de Webb nos dicen que planetas como WASP-107 b no tuvieron que formarse de alguna manera extraña con un núcleo súper pequeño y una enorme envoltura gaseosa", explicó Mike Line de ASU. "En cambio, podemos tomar algo más parecido a Neptuno, con mucha roca y no tanto gas, simplemente aumentar la temperatura y elevarlo para que se vea como se ve".
