Los astrónomos del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA) y de la Universidad Diego Portales, Suman Saha y James Jenkins, detectaron por primera vez evidencias de titanato de calcio en el exoplaneta WASP-121b.
Un equipo de astrónomos del CATA e investigadores de la Universidad Diego Portales
(UDP) lograron la primera detección de nubes de titanato de calcio (CaTiO₃) en la atmósfera del exoplaneta WASP-121b. Este hallazgo, realizado con datos del telescopio espacial James Webb (JWST), posiciona a Chile y al CATA a la vanguardia de la investigación atmosférica de exoplanetas.
WASP-121b pertenece a los Ultra Hot-Jupiters (UHJ), una clase poco común de exoplanetas que se formaron lejos de sus estrellas, pero que con el tiempo migraron hacia órbitas muy próximas sin llegar a caer en ellas. “Este planeta es uno de los más calientes que se conocen, con una temperatura diurna que alcanza los ~2900°K. Es un ejemplo particularmente extremo de planetas gigantes gaseosos que migran hacia órbitas muy cercanas sin caer en su estrella”, explica Suman Saha, Investigador Postdoctoral del CATA
y la UDP.
El estudio identificó por primera vez nubes de titanato en el hemisferio diurno del planeta,
las cuales se forman mediante la condensación, a gran altitud, del monóxido de titanio
(TiO), un material que resiste temperaturas muy altas y que normalmente permanece sólido incluso bajo condiciones extremas. “Solo en los ambientes tan calientes del lado diurno de planetas raros como WASP-121b, el TiO puede permanecer en fase gaseosa y luego condensarse en nubes de titanato de calcio (CaTiO₃)”, señala James Jenkins, Investigador Principal del CATA y académico de la UDP.
Este hallazgo también revela un fenómeno nunca observado directamente; un ciclo de lluvia de titanio en el lado nocturno del planeta. “Las fuertes corrientes atmosféricas de este planeta transportan estas nubes hacia el terminador y el lado nocturno, donde precipitan en forma de lluvia”, explica Saha. Estas zonas son tan frías en comparación al lado diurno que el material precipitado no vuelve a evaporarse, generando una pérdida permanente de titanio y oxígeno en la atmósfera iluminada del planeta.
Como complemento a esta detección, el equipo observó una abundancia reducida de TiO y
una elevada relación de carbono y oxígeno (C/O) elevada en el lado diurno, ambas señales
concordantes con la existencia de este ciclo. “Desde hace tiempo se ha planteado la
hipótesis de que existen ciclos que involucran especies refractarias (es decir, especies muy
resistentes al calor que pueden evaporarse y volver a condensarse) en los UHJ, pero
nuestro trabajo proporciona la primera detección estadísticamente significativa de dicho fenómeno, lo que lo convierte en un resultado histórico para la comunidad de exoplanetas”,
señala Jenkins.
Uso del JWST y del Geryon-3 del CATA
El descubrimiento fue posible gracias a observaciones del telescopio espacial James Webb,
utilizando datos públicos obtenidos de los instrumentos NIRISS y NIRSpec, que abarcan un
rango detallado entre 0,6 y 5,1 micrones.
“Este estudio utiliza, por primera vez, la espectroscopía de emisión pancromática de WASP-
121b del JWST, una técnica que mide la luz del planeta en muchas longitudes de onda
distintas para identificar moléculas y nubes. Debido a que este exoplaneta es
extremadamente caliente, su espectro de emisión es excepcionalmente preciso y rico en
características en un amplio rango de longitudes de onda. Esto permitió romper las típicas
confusiones en la interpretación de los fenómenos atmosféricos e identificar de forma sólida
los tipos de nubes, lo que hace que esta detección sea especialmente robusta”, explica Suman Saha.
El equipo utilizó además el supercomputador Geryon-3, infraestructura de alto rendimiento
del CATA dedicado al análisis de datos astronómicos a gran escala. “Esta herramienta fue
esencial para las tareas computacionales del estudio, como la reducción de los conjuntos de
datos del JWST, el ajuste de las curvas de luz espectroscópicas y la reconstrucción del
perfil atmosférico. Estos datos ocupan grandes volúmenes, lo que hace que su análisis,
especialmente cuando se incluyen técnicas computacionalmente intensivas, sea inviable sin
acceso a clústeres computacionales a gran escala como Geryon-3”, comenta James
Jenkins.
Relevancia para la comunidad científica chilena
Este estudio supone el primer gran descubrimiento de exoplanetas basado en el JWST
liderado desde Chile, lo que sitúa tanto a CATA como al país a la vanguardia de la
investigación atmosférica de exoplanetas a nivel mundial. “Chile ya alberga algunos de los
observatorios astronómicos más potentes y singulares del mundo y cuenta con una
comunidad dedicada a la investigación de exoplanetas. Sin embargo, los estudios
atmosféricos basados en el JWST representan una de las fronteras más avanzadas en este
campo, ya que ofrecen oportunidades para descubrimientos sin precedentes y contribuyen a crear la experiencia necesaria para seguir siendo competitivos a nivel mundial”, enfatiza
Saha.
El próximo objetivo de los investigadores será analizar una muestra más amplia de
atmósferas de exoplanetas similares y diversas para identificar tendencias evolutivas
comunes. “Abrirá nuevas oportunidades para estudiar la evolución atmosférica en exoplanetas extremos, lo que ayudará a revelar sus historias de formación y proporcionará
una comprensión más amplia y predictiva de la evolución de los planetas gigantes”,
concluye el investigador del CATA.
