Un exoplaneta alcanza los 2400 C en un hemisferio. ¿Realmente llueve hierro?

WASP-76b es un Júpiter ultracaliente a unos 640 años luz de distancia de la Tierra en la constelación de Piscis. Hace unos años ganó notoriedad por ser tan caliente que el hierro cae como lluvia. Está bloqueado por mareas a su estrella, y el hemisferio que mira hacia la estrella del planeta puede alcanzar temperaturas tan altas como 2400 Celsius, muy por encima del punto de fusión de 1538 C del hierro.

Los científicos han estado estudiando el planeta desde su descubrimiento en 2013, y nueva evidencia sugiere que hace más calor de lo que se pensaba. Pero, casi decepcionantemente, puede que no haya lluvia de hierro después de todo.

El descubrimiento de que WASP-76b podría ser incluso más caliente de lo que se pensaba se basa en observaciones del exoplaneta durante varios años. Un nuevo artículo basado en algunas de esas observaciones se publica en The Astrophysical Journal Letters. Su título es “Detección de calcio ionizado en la atmósfera del Júpiter ultracaliente WASP-76b.” Emily Deibert, estudiante de doctorado de la Universidad de Toronto, es la primera autora del artículo.

El estudio de los exoplanetas se encuentra en un lugar interesante. Los astrónomos están desarrollando nuevas formas de encontrar más exoplanetas y comenzar a estudiar sus atmósferas. La nueva investigación se basa en un proyecto llamado ExoGemS: exoplanetas con espectroscopia Gemini. Utiliza el telescopio Gemini North en Mauna Kea y un espectrógrafo de alta resolución para explorar la diversidad de atmósferas de exoplanetas. La encuesta ExoGemS tiene como objetivo estudiar al menos 30 exoplanetas de interés para los astrónomos, con WASP-76b como punto de referencia para la encuesta.

“A medida que hagamos sensores remotos de docenas de exoplanetas, que abarcan un rango de masas y temperaturas”, dijo el coautor Ray Jayawardhana, “desarrollaremos una imagen más completa de la verdadera diversidad de mundos alienígenas, desde aquellos lo suficientemente calientes como para albergar hierro. lluvia a otros con climas más templados, desde los más pesados ​​que Júpiter hasta otros no mucho más grandes que la Tierra”.

“Es notable que con los telescopios e instrumentos actuales, ya podamos aprender mucho sobre las atmósferas (sus componentes, propiedades físicas, presencia de nubes e incluso patrones de viento a gran escala) de planetas que orbitan estrellas a cientos de años luz de distancia. dijo Jayawardhana en un presione soltar.

WASP-76b llamó la atención debido a un estudio anterior que descubrió que puede llover hierro. La temperatura del lado diurno es lo suficientemente alta como para vaporizar el hierro, mientras que la temperatura del lado nocturno es lo suficientemente baja como para que el hierro se condense en forma de lluvia. La idea era que en algún lugar cerca de la terminador del planeta bloqueado por mareas, el hierro se condensaría en líquido y caería a la superficie.

Eso puede no ser cierto, pero llegaremos a eso. Esta nueva investigación muestra que WASP-76b en realidad podría estar más caliente de lo que se pensaba. Se deriva del descubrimiento de un raro trío de líneas espectroscópicas de calcio ionizado en la atmósfera.

El exoplaneta tiene una atmósfera compleja y los astrónomos lo están estudiando a cientos de años luz de distancia, por lo que es probable que las conclusiones no sean definitivas. En su artículo, los autores dicen que es probable que WASP-76b tenga una atmósfera de escape y que la hidrodinámica de la atmósfera esté afectando las líneas de calcio ionizado en la espectrometría. «La temperatura más alta conduciría a una mayor producción de calcio ionizado y, por lo tanto, a fuertes características de absorción», escriben.

“Estamos viendo tanto calcio; es una característica realmente sólida”, dijo la primera autora Emily Deibert, estudiante de doctorado de la Universidad de Toronto, cuyo asesor es Jayawardhana. “Esta firma espectral de calcio ionizado podría indicar que el exoplaneta tiene vientos muy fuertes en la atmósfera superior”, dijo Deibert. “O la temperatura atmosférica en el exoplaneta es mucho más alta de lo que pensábamos”.

El hierro que atrajo tanta atención podría ser en parte responsable del calor extremo, en una de sus formas. Otra forma de hierro, junto con el Mg, también podría dificultar el enfriamiento de la atmósfera. “Los mecanismos identificados que conducen a aumentos de temperatura en las atmósferas de Júpiter ultracalientes son la fotoionización de metales y NLTEequilibrio termodinámico no local> efectos en forma de sobrepoblación de especies responsables del calentamiento (p. ej., Fe ii) junto con subpoblación de especies responsables del enfriamiento (p. ej., Fe i y Mg).”

WASP-76b es probablemente el único planeta del sistema y tiene aproximadamente el 92% de la masa de Júpiter. Tiene un período orbital de menos de dos días. Sus tránsitos frecuentes lo convierten en un buen objetivo de estudio. Los autores de esta investigación tienen la intención de estudiar el exoplaneta más extensamente. “En un próximo artículo, analizaremos el rango espectral completo cubierto por estas observaciones y buscaremos la absorción debido a un conjunto de especies atómicas, iónicas y moleculares modeladas en alta resolución…” escriben.

¿Qué pasa con la lluvia de hierro?

Se informa ampliamente que WASP-76b llueve hierro fundido. Pero según un estudio separado, ese puede no ser el caso.

En un artículo titulado “No se necesita paraguas: confrontando la hipótesis de la lluvia de hierro en WASP-76b con posprocesado
modelos de circulacion general”, un equipo de investigadores dice que la lluvia de hierro es poco probable y que algo más puede explicar las observaciones.

Ese equipo, con el primer autor Arjun Savel, señala que WASP-76b es la primera vez que se postula algún tipo de lluvia de hierro en la atmósfera de un exoplaneta. «La interpretación del gradiente de la química del hierro antes mencionada sería la primera de su tipo entre las atmósferas de exoplanetas», escriben. Según ellos, hay otra explicación, y puede ser más probable.

Dicen que los datos que muestran la lluvia de hierro podrían explicarse por la temperatura. “Sin embargo, la necesidad de un gradiente químico para explicar las observaciones existentes ha sido cuestionada por los modelos avanzados de Wardenier et al. (2021), quienes calculan de manera consistente los espectros de transmisión a partir de un modelo tridimensional de este planeta y descubren que la condensación de hierro o una asimetría de temperatura significativa podrían coincidir con el Ehrenreich et al. (2020) datos”.

La asimetría de temperatura que mencionan se encuentra entre los bordes de entrada y salida de la atmósfera. Desafortunadamente, los datos existentes no pueden diferenciar entre la lluvia de hierro real y la asimetría de temperatura. Hay otro problema con los datos. Resulta que la estrella WASP-76 puede tener una compañera estelar a unas 85 UA de distancia. La luz de esa estrella puede haber estado presente en parte de la espectroscopia original del Hubble de WASP-76b, lo que ensucia los datos.

También señalan que las atmósferas ultracalientes de Júpiter no son propicias para las nubes de Fe. “Además, las nubes de Fe no son necesariamente favorecidas en las atmósferas calientes de Júpiter; los modelos microfísicos indican que la tasa de nucleación de Fe es baja, lo que provoca que las nubes de Fe queden secuestradas en las profundidades de la atmósfera”.

Otro paper, de 2021, titulado “Descomposición de la señal de correlación cruzada de hierro del Júpiter ultracaliente WASP-76b en transmisión mediante transferencia radiativa 3D Monte-Carlo”, también argumenta en contra de la conclusión de la lluvia de hierro. En ese artículo, los autores escriben: “También mostramos que la señal de hierro publicada anteriormente de WASP-76b puede reproducirse mediante un modelo que presenta condensación de hierro en la extremidad principal. Alternativamente, la señal puede explicarse por una asimetría de temperatura sustancial entre la extremidad posterior y la anterior, donde la condensación de hierro no es estrictamente necesaria para que coincida con los datos».

Para ser justos con los investigadores que inicialmente sugirieron la presencia de lluvia de hierro en WASP-76b, solo dijeron que era una posibilidad debido a los datos que tenían. Los titulares sugirieron que era un trato hecho, pero así es como funcionan los titulares. David Ehrenreich, profesor del Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Ginebra, Suiza, fue el autor principal de ese artículo.

En su artículo, dijeron que sus resultados se pueden explicar de dos maneras, y solo una de ellas involucra la lluvia de hierro. Los resultados «… pueden explicarse por una combinación de rotación planetaria y viento que sopla desde el lado cálido del día», por un lado. En el otro mano, «… no surge ninguna señal del lado nocturno cerca del terminador de la mañana, lo que muestra que el hierro atómico no está absorbiendo la luz de las estrellas allí». Pero como hemos visto, la falta de una señal de hierro podría deberse a la asimetría de temperatura.

Entonces, por ahora, nadie está seguro de que haya un planeta tan caliente que llueva hierro. Pero seguro que sería interesante. Instrumentos más potentes, como el próximo telescopio espacial James Webb, deberían ayudarnos a averiguarlo con seguridad.

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