El observatorio infrarrojo podría ayudar a responder preguntas sobre planetas fuera de nuestro sistema solar o exoplanetas, incluido cómo se forman y qué impulsa el clima en sus atmósferas.

Dos nuevos estudios que utilizan datos del ya retirado Telescopio Espacial Spitzer de la NASA arrojan luz sobre exoplanetas gigantes y enanas marrones, objetos que no son del todo estrellas pero tampoco son del todo planetas. Ambos estudios serán el foco de las conferencias de prensa virtuales organizadas por la Sociedad Astronómica Estadounidense el 13 de Enero.

Una investigación muestra que el clima en las enanas marrones, que se forman como estrellas pero no tienen suficiente masa para comenzar a quemar hidrógeno en sus núcleos como lo hacen las estrellas, varía con la edad. Las enanas marrones y los exoplanetas gigantes son similares en diámetro, masa y composición, por lo que comprender las propiedades atmosféricas de uno puede proporcionar información sobre las del otro.

El segundo estudio pertenece a un cuerpo de trabajo que analiza los Júpiteres calientes, exoplanetas gaseosos que orbitan muy cerca de sus estrellas madre. ¿Cómo surgen estos planetas masivos? ¿Podría haber subclases de Júpiteres calientes con diferentes historias de formación? Para buscar respuestas, los autores del estudio observaron el exoplaneta XO-3b, un raro ejemplo de un Júpiter caliente observado mientras migraba más cerca de su estrella anfitriona.

Análogos de Exoplanetas

La edad a menudo trae estabilidad a los humanos, y eso también parece ser cierto para los objetos cósmicos. Johanna Vos, astrofísica del Museo Americano de Historia Natural en Nueva York, discutirá un sondeo de Spitzer publicado en el Astrophysical Journal que encontró una mayor variabilidad en el clima en las enanas marrones jóvenes en comparación con las viejas.

Con respecto a las enanas marrones, la palabra variabilidad se refiere a los cambios a corto plazo en la intensidad de las diferentes longitudes de onda de la luz infrarroja proveniente de la atmósfera del objeto. Los astrónomos creen que estas variaciones son causadas por las nubes, que reflejan y absorben la luz en la atmósfera.
 

La alta variabilidad podría indicar una característica atmosférica importante, tal vez como la Gran Mancha Roja de Júpiter, una tormenta más grande que la Tierra que ha estado girando durante cientos de años. También puede indicar una atmósfera que cambia rápidamente, lo que puede tener múltiples causas, como grandes diferencias de temperatura en la atmósfera o turbulencia (a veces causada por fuertes vientos).

Comparando las enanas marrones jóvenes con observaciones previas de Spitzer de enanas marrones más viejas, los autores descubrieron que es más probable que los objetos jóvenes muestren variaciones atmosféricas. También descubrieron que las variaciones son más grandes y dramáticas en las enanas marrones más jóvenes. Vos y sus colegas atribuyen la diferencia al hecho de que las enanas marrones están más hinchadas cuando son jóvenes pero se vuelven más compactas a medida que envejecen, lo que probablemente hace que la atmósfera parezca más uniforme.

Las enanas marrones jóvenes son similares en diámetro, masa y composición a los exoplanetas gigantes compuestos principalmente de gas. Pero estudiar exoplanetas grandes se complica por la presencia cercana de sus estrellas madre: el compañero irradia la atmósfera del planeta, lo que cambia la temperatura, o incluso la química, y afecta al clima. La luz brillante de la estrella también dificulta ver el planeta mucho más débil.

Las enanas marrones, por otro lado, pueden actuar como una especie de grupo de control y ser observadas de forma aislada en el espacio. Los autores del estudio planean incorporar el nuevo hallazgo en modelos de cómo las atmósferas de enanas marrones y exoplanetas gigantes evolucionan con la edad.

Gigantes Migratorios

Aunque los Júpiteres calientes son el tipo de exoplaneta más estudiado, quedan preguntas importantes sobre cómo se forman. Por ejemplo, ¿estos planetas toman forma lejos de sus estrellas madre, a una distancia donde hace suficiente frío para que moléculas como el agua se solidifiquen, o más cerca? El primer escenario encaja mejor con las teorías sobre cómo nacen los planetas en nuestro propio sistema solar, pero aún no está claro qué impulsaría a este tipo de planetas a migrar tan cerca de sus estrellas madre.

Lisa Dang, científica de exoplanetas de la Universidad McGill en Montreal, y sus colegas utilizaron datos de Spitzer para estudiar un exoplaneta llamado XO-3b, que tiene una órbita excéntrica (ovalada) en lugar de la órbita circular de casi todos los demás Júpiteres calientes conocidos. La órbita excéntrica indica que XO-3b pudo haber migrado recientemente hacia su estrella madre; si ese es el caso, eventualmente se establecerá en una órbita más circular.

Las observaciones de Gaia, un observatorio espacial de la ESA (Agencia Espacial Europea) y Spitzer sugieren que el planeta produce parte de su propio calor, pero los científicos no saben por qué. Los datos de Spitzer también proporcionan un mapa de los patrones climáticos de ubicación. Es posible que el exceso de calor provenga del interior del planeta, a través de un llamado calentamiento por marea. El tirón gravitacional de la estrella sobre el planeta oscila a medida que la órbita irregular lleva al planeta más lejos y luego más cerca de la estrella. Los cambios resultantes en la presión interior producen calor.

Para Dang, un Júpiter inusualmente caliente brinda la oportunidad de probar ideas sobre qué procesos de formación pueden producir ciertas características en estos exoplanetas. Por ejemplo, ¿el calentamiento de las mareas en otros Júpiteres calientes también podría ser un signo de migración reciente? XO-3b por sí solo no resolverá el misterio, pero sirve como una prueba importante para las ideas emergentes sobre estos gigantes abrasadores.