El Telescopio Espacial James Webb revela un tipo común pero misterioso exoplaneta de la clase subneptuno
Aunque no orbitan alrededor de nuestro Sol, los subneptunos son el tipo más común de exoplaneta, o planeta fuera de nuestro sistema solar, observado en nuestra galaxia. Uno de ellos ha llamado la atención de los astrónomos.
Estos pequeños planetas gaseosos, los subneptunos, están envueltos en misterio... y, a menudo, en una gran neblina. Ahora, al observar el exoplaneta TOI-421 b, el Telescopio Espacial James Webb de la NASA ayuda a los científicos a comprender los subneptunos de una manera que no era posible antes de su lanzamiento.
"Llevo toda mi carrera esperando a Webb para que pudiéramos caracterizar significativamente las atmósferas de estos planetas más pequeños", declaró la investigadora principal Eliza Kempton, de la Universidad de Maryland, College Park. "Al estudiar sus atmósferas, estamos comprendiendo mejor cómo se formaron y evolucionaron los planetas subneptunianos, y parte de ello es comprender por qué no existen en nuestro sistema solar".
Los hallazgos se publican en The Astrophysical Journal Letters.
Pequeño, fresco, envuelto en niebla
La existencia de subneptunos era inesperada antes de que el telescopio espacial Kepler de la NASA, retirado, los descubriera en la última década. Ahora, los astrónomos intentan comprender el origen de estos planetas y por qué son tan comunes.
Antes del Webb, los científicos tenían muy poca información sobre ellos. Si bien los subneptunos son varias veces más grandes que la Tierra, siguen siendo mucho más pequeños que los planetas gigantes gaseosos y, por lo general, más fríos que los Júpiter calientes, lo que dificulta mucho más su observación que la de sus homólogos gigantes gaseosos.
Un hallazgo clave previo al Webb fue que la mayoría de las atmósferas subneptunianas presentaban espectros de transmisión planos o sin rasgos distintivos. Esto significa que, al observar el espectro del planeta al pasar frente a su estrella anfitriona, en lugar de ver rasgos espectrales (las huellas químicas que revelarían la composición de la atmósfera), los científicos sólo veían un espectro plano. A partir de todos estos espectros planos, los astrónomos concluyeron que al menos ciertos subneptunianos probablemente estaban muy oscurecidos por nubes o neblinas.
¿Un tipo diferente de subneptuno?
"¿Por qué observamos este planeta, TOI-421 b? Porque pensábamos que tal vez no tendría neblina", dijo Kempton. "Y la razón es que existían datos previos que sugerían que tal vez los planetas en cierto rango de temperatura estaban menos cubiertos de neblina o nubes que otros".
Ese umbral de temperatura es de aproximadamente 1070 grados Fahrenheit. Por debajo de ese valor, los científicos plantearon la hipótesis de que se produciría un complejo conjunto de reacciones fotoquímicas entre la luz solar y el gas metano, lo que desencadenaría la neblina. Sin embargo, los planetas más calientes no deberían tener metano y, por lo tanto, tal vez no deberían tener neblina.
La temperatura de TOI-421 b es de aproximadamente 1340 grados Fahrenheit, muy por encima del umbral estimado. Sin neblina ni nubes, los investigadores esperaban ver una atmósfera despejada, ¡y así fue!
Un hallazgo sorprendente
"Vimos características espectrales que atribuimos a varios gases, y eso nos permitió determinar la composición de la atmósfera", dijo Brian Davenport, estudiante de doctorado de tercer año de la Universidad de Maryland que realizó el análisis primario de datos.
"Mientras que con muchos de los otros subneptunos que se habían observado anteriormente, sabemos que sus atmósferas están hechas de algo, pero están bloqueadas por la neblina".
El equipo encontró vapor de agua en la atmósfera del planeta, así como indicios preliminares de monóxido de carbono y dióxido de azufre. Además, no detectaron moléculas como el metano y el dióxido de carbono. A partir de los datos, también pudieron inferir que la atmósfera de TOI-421 b contiene una gran cantidad de hidrógeno.
La atmósfera ligera de hidrógeno fue la gran sorpresa para los investigadores. «Recientemente habíamos asimilado la idea de que los primeros subneptunos observados por el Webb tenían atmósferas de moléculas pesadas, así que esa era nuestra expectativa, y luego descubrimos lo contrario», dijo Kempton. Esto sugiere que TOI-421 b podría haberse formado y evolucionado de forma diferente a los subneptunos más fríos observados anteriormente.
¿Es TOI-421 b único?
La atmósfera, dominada por hidrógeno, también es interesante porque imita la composición de la estrella anfitriona de TOI-421 b. "Si simplemente se tomara el mismo gas que formó la estrella anfitriona, se colocara sobre la atmósfera de un planeta y se sometiera a la temperatura mucho más fría de este, se obtendría la misma combinación de gases. Este proceso es más acorde con los planetas gigantes de nuestro sistema solar y es diferente de otros subneptunos observados con el Webb hasta ahora", dijo Kempton.
Además de ser más caliente que otros subneptunos observados previamente con el Webb, TOI-421 b orbita una estrella similar al Sol. La mayoría de los demás subneptunos observados hasta ahora orbitan estrellas más pequeñas y frías llamadas enanas rojas.
¿Es TOI-421b un ejemplo emblemático de subneptunos calientes que orbitan estrellas similares al Sol, o se debe simplemente a la gran diversidad de exoplanetas? Para averiguarlo, los investigadores desean observar más subneptunos calientes y determinar si se trata de un caso único o de una tendencia más amplia. Esperan comprender mejor la formación y evolución de estos exoplanetas comunes.
"Hemos descubierto una nueva forma de observar estos subneptunos", afirmó Davenport. "Estos planetas de alta temperatura son susceptibles de caracterización. Por lo tanto, al observar subneptunos de esta temperatura, quizás tengamos más probabilidades de acelerar nuestro aprendizaje sobre estos planetas".
Referencia
Brian Davenport et al, TOI-421 b: A Hot Sub-Neptune with a Haze-free, Low Mean Molecular Weight Atmosphere, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adcd76