El telescopio Webb de la Nasa observa un exoplaneta cuya composición desafía toda explicación

Los científicos que utilizan el telescopio espacial James Webb de la Nasa han observado un tipo raro de exoplaneta, o planeta fuera de nuestro sistema solar, cuya composición atmosférica desafía nuestra comprensión de cómo se formó.

Oficialmente denominado PSR J2322-2650b, este objeto con la masa de Júpiter parece tener una atmósfera exótica, dominada por helio y carbono, nunca vista hasta ahora. Es probable que nubes de hollín floten en el aire, y en las profundidades del planeta, estas nubes de carbono pueden condensarse y formar diamantes. La formación del planeta es un misterio. El artículo se publicó este martes en The Astrophysical Journal Letters.

“Fue una sorpresa absoluta”, dijo Peter Gao, coautor del estudio, del Laboratorio Carnegie de la Tierra y los Planetas en Washington. “Recuerdo que, después de obtener los datos, nuestra reacción colectiva fue: ‘¿Qué demonios es esto?’. Es extremadamente diferente de lo que esperábamos”.

Se sabía que este objeto de masa planetaria orbitaba un púlsar, una estrella de neutrones que gira rápidamente. Un púlsar emite haces de radiación electromagnética a intervalos regulares, que suelen variar entre milisegundos y segundos. Estos haces pulsantes solo pueden verse cuando apuntan directamente hacia la Tierra, de forma similar a los rayos de un faro.

Se espera que este púlsar de milisegundos emita principalmente rayos gamma y otras partículas de alta energía, invisibles para la visión infrarroja del Webb. Sin una estrella brillante de por medio, los científicos pueden estudiar el planeta con gran detalle a lo largo de toda su órbita.

“Este sistema es único porque podemos ver el planeta iluminado por su estrella anfitriona, pero no verla en absoluto”, dijo Maya Beleznay, candidata a doctorado de tercer año en la Universidad de Stanford en California, quien trabajó en el modelado de la forma del planeta y la geometría de su órbita. “Así, obtenemos un espectro realmente prístino. Y podemos estudiar este sistema con más detalle que los exoplanetas normales”.

“El planeta orbita una estrella completamente extraña: tiene la masa del Sol, pero el tamaño de una ciudad”, afirmó Michael Zhang, investigador principal de este estudio, de la Universidad de Chicago. “Se trata de un nuevo tipo de atmósfera planetaria que nadie había visto antes. En lugar de encontrar las moléculas habituales que esperamos encontrar en un exoplaneta, como agua, metano y dióxido de carbono, vimos carbono molecular, concretamente C3 y C2 ” .

El carbono molecular es muy inusual porque, a estas temperaturas, si hay otros tipos de átomos en la atmósfera, el carbono se unirá a ellos. (Las temperaturas en el planeta oscilan entre 1.200 grados Fahrenheit en los puntos más fríos del lado nocturno y 3.700 grados Fahrenheit en los puntos más calientes del lado diurno). El carbono molecular solo predomina cuando hay casi ausencia de oxígeno o nitrógeno. De los aproximadamente 150 planetas que los astrónomos han estudiado dentro y fuera del sistema solar, ningún otro posee carbono molecular detectable.

PSR J2322-2650b se encuentra extraordinariamente cerca de su estrella, a tan solo 1,6 millones de kilómetros. En contraste, la distancia de la Tierra al Sol es de aproximadamente 160 millones de kilómetros. Debido a su órbita extremadamente estrecha, el año completo del exoplaneta -el tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor de su estrella- es de tan solo 7,8 horas. Las fuerzas gravitacionales del púlsar, mucho más pesado, están arrastrando al planeta, con una masa similar a la de Júpiter, a una extraña forma de limón.

Juntos, la estrella y el exoplaneta podrían considerarse un sistema de «viuda negra», aunque no es un ejemplo típico. Los sistemas de viuda negra son un tipo raro de sistema doble donde un púlsar de rápida rotación se empareja con una compañera estelar pequeña y de baja masa. En el pasado, el material de la compañera fluía hacia el púlsar, lo que provocaba que este girara más rápido con el tiempo, lo que generaba un fuerte viento. Ese viento y la radiación bombardeaban y evaporaban a la compañera, más pequeña y menos masiva. Al igual que la araña que le da nombre, el púlsar consume lentamente a su desafortunada compañera.

Pero en este caso, el compañero se considera oficialmente un exoplaneta, no una estrella. La Unión Astronómica Internacional define un exoplaneta como un cuerpo celeste con una masa inferior a 13 veces la de Júpiter que orbita una estrella, una enana marrón o un remanente estelar, como un púlsar.

De los 6.000 exoplanetas conocidos, este es el único que recuerda a un gigante gaseoso (con masa, radio y temperatura similares a los de un Júpiter caliente) orbitando un púlsar. Se sabe que solo unos pocos púlsares tienen planetas.

“¿Se formó este objeto como un planeta normal? No, porque su composición es completamente diferente”, dijo Zhang. “¿Se formó despojando a una estrella de su exterior, como se forman los sistemas viuda negra ‘normales’? Probablemente no, porque la física nuclear no produce carbono puro. Es muy difícil imaginar cómo se obtiene esta composición extremadamente rica en carbono. Parece descartar cualquier mecanismo de formación conocido”.

Roger Romani, coautor del estudio y miembro de la Universidad de Stanford y del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología, propone un fenómeno evocador que podría ocurrir en esta atmósfera única. «A medida que la compañera se enfría, la mezcla de carbono y oxígeno en su interior comienza a cristalizarse», explicó Romani. «Los cristales de carbono puro flotan hacia la superficie y se mezclan con el helio, y eso es lo que observamos. Pero entonces algo tiene que ocurrir para mantener alejados el oxígeno y el nitrógeno. Y ahí es donde radica el misterio».

«Pero es bueno no saberlo todo», dijo Romani. «Tengo muchas ganas de aprender más sobre lo peculiar de esta atmósfera. Es genial tener un rompecabezas que resolver».