Hielo de sílice envuelve la ardiente atmósfera del caliente exoplaneta Júpiter

Copos de «nieve» de sílice llenan el cielo del exoplaneta hinchado y sobrecalentado WASP-17 b.

Una mirada a uno de los minerales más comunes y familiares de la Tierra rara vez merece un titular. El cuarzo se encuentra en la arena de las playas, piedras de construcción, geodas y tiendas de gemas de todo el mundo. Se funde para producir vidrio, se refina para microchips de silicio y se utiliza en relojes para marcar la hora.

Entonces, ¿qué distingue al último descubrimiento? NASA‘s Telescopio espacial James Webb? Imagínese cristales de cuarzo que aparecen literalmente de la nada. Una niebla de granos brillantes tan pequeños que 10.000 de ellos podrían caber uno al lado del otro en un cabello humano. Enjambres de nanopartículas de vidrio puntiagudas corren a través de la atmósfera caliente de un gigante gaseoso hinchado exoplaneta A miles de millas por hora.

La capacidad única de Webb para medir los efectos extremadamente sutiles de esos cristales en la luz de las estrellas, y desde una distancia de más de siete millones de miles de millones de millas, al menos, proporciona información importante sobre la composición de las atmósferas exoplanetarias y nuevos conocimientos sobre su clima.

El espectro de transmisión del exoplaneta gigante gaseoso WASP-17 b, capturado por MIRI (Webb Mid-Infrared Instrument) los días 12 y 13 de marzo de 2023, revela la primera evidencia de cuarzo (sílice cristalina, SiO2) en las nubes del exoplaneta. .
El espectro se obtuvo midiendo el cambio en el brillo de 28 bandas de longitud de onda de luz infrarroja media cuando el planeta pasa por su estrella. Webb observó el sistema WASP-17 utilizando un espectrómetro MIRI de baja resolución durante aproximadamente 10 horas, recopilando más de 1.275 mediciones antes, durante y después del tránsito.
Para cada longitud de onda, la cantidad de luz bloqueada por la atmósfera del planeta (círculos blancos) se calculó restando la cantidad que pasó a través de la atmósfera de la cantidad emitida originalmente por la estrella.
La línea violeta continua es el modelo que mejor se ajusta a los datos de Webb (MIRI), Hubble y Spitzer. (Los datos de Hubble y Spitzer cubren longitudes de onda de 0,34 a 4,5 micrones y no se muestran en el gráfico). El espectro muestra una característica clara en aproximadamente 8,6 micrones, que los astrónomos creen que es causada por partículas de sílice que absorben parte de la luz de las estrellas que pasa a través de la atmósfera. .
La línea discontinua amarilla muestra cómo se vería esta parte del espectro de transmisión si las nubes en la atmósfera de WASP-17 b no contuvieran SiO2.
Esta es la primera vez que se identifica SiO2 en un exoplaneta, y la primera vez que se identifica un tipo específico de nube en un exoplaneta que pasa.
Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, Ralph Crawford (STScI), David Grant (Universidad de Bristol), Hannah R. Wakeford (Universidad de Bristol), Nicole Lewis (Universidad de Cornell)

El Telescopio Espacial Webb detecta pequeños cristales de cuarzo en gigantescas nubes de gas caliente

Investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA han descubierto evidencia de nanocristales de cuarzo en las nubes de gran altitud de WASP-17 b, un planeta caliente. Júpiter Un exoplaneta a 1.300 años luz de la Tierra. Este descubrimiento, que fue posible únicamente utilizando MIRI (el instrumento de infrarrojo medio de Webb), representa la primera vez que se detecta sílice (SiO).₂) Se han detectado partículas en la atmósfera de un exoplaneta.

“¡Estábamos emocionados!” David Grant, investigador de… Universidad de Bristol En el Reino Unido y primer autor de un artículo publicado hoy (16 de octubre) en Cartas de revistas astrofísicas. «Sabíamos por las observaciones del Hubble que los aerosoles (pequeñas partículas que forman nubes o niebla) deben estar presentes en la atmósfera de WASP-17 b, pero no esperábamos que estuvieran hechos de cuarzo».

Los silicatos (minerales ricos en silicio y oxígeno) constituyen la mayor parte de la Tierra y la Luna, así como de otros cuerpos rocosos de nuestro sistema solar, y son extremadamente comunes en toda la galaxia. Pero los granos de silicato detectados previamente en las atmósferas de exoplanetas y enanas marrones parecen estar hechos de silicatos ricos en magnesio como el olivino y el piroxeno, no solo de cuarzo, que es SiO puro.₂.

El hallazgo de este equipo, que también incluye investigadores del Centro de Investigación Ames de la NASA y del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, da un nuevo giro a nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan las nubes exoplanetarias. «Esperábamos ver silicato de magnesio», dijo la coautora Hannah Wakeford, también de la Universidad de Bristol. «Pero lo que vemos en cambio son probablemente los componentes básicos de esas partículas, las diminutas partículas ‘semillas’ necesarias para formar los granos de silicato más grandes que detectamos en exoplanetas fríos y enanas marrones».

Descubre las sutiles diferencias

Con un volumen más de siete veces el tamaño de Júpiter y una masa inferior a la mitad de la de Júpiter, WASP-17 b es uno de los exoplanetas más grandes e hinchados que se conocen. Esto, combinado con su corto período orbital de sólo 3,7 días terrestres, hace que el planeta sea ideal para la espectroscopia de transmisión: una técnica que implica medir los efectos de filtrado y dispersión de la atmósfera de un planeta en la luz de las estrellas.

Webb supervisó el sistema WASP-17 durante aproximadamente 10 horas, recopilando más de 1.275 mediciones del brillo de la luz infrarroja media de 5 a 12 micrones mientras el planeta transitaba por su estrella. Al restar el brillo de las longitudes de onda de luz individuales que alcanzaron el telescopio cuando el planeta estaba frente a la estrella del brillo de la estrella sola, el equipo pudo calcular qué parte de cada longitud de onda estaba bloqueada por la atmósfera del planeta.

Lo que surgió fue una «protuberancia» inesperada de 8,6 micrones, una característica que no se habría esperado si las nubes estuvieran hechas de silicato de magnesio u otros aerosoles potencialmente de alta temperatura como el óxido de aluminio, pero que tiene mucho sentido si estuvieran hechas de cuarzo. .

Cristales, nubes y viento.

Si bien estos cristales pueden tener una forma similar a los prismas hexagonales puntiagudos que se encuentran en las geodas y tiendas de gemas de la Tierra, cada uno tiene sólo unos 10 nanómetros de ancho, una millonésima de centímetro.

«Los datos del Hubble en realidad jugaron un papel clave en la determinación del tamaño de estas partículas», explicó la coautora Nicole Lewis de la Universidad de Cornell, quien dirige el programa web de Observación en Tiempo Garantizado (GTO) diseñado para ayudar a construir una vista 3D de los planetas calientes. La atmósfera de Júpiter. «Sabemos de la presencia de sílice únicamente a partir de los datos MIRI de Webb, pero necesitábamos observaciones visibles e infrarrojas cercanas del Hubble para contextualizar y saber qué tan grandes son los cristales».

A diferencia de las partículas minerales encontradas en las nubes de la Tierra, los cristales de cuarzo detectados en las nubes de WASP-17 b no fueron recuperados de una superficie rocosa. Más bien, se originan en la atmósfera misma. “WASP-17 b es extremadamente caliente: unos 2.700 grados F (1500 grados Celsius) – La presión en la que se forman los cristales de cuarzo en lo alto de la atmósfera no supera aproximadamente una milésima parte de la que experimentamos en la superficie de la Tierra. «En estas condiciones, se pueden formar cristales sólidos directamente a partir del gas, sin pasar primero por una fase líquida».

Comprender los componentes de las nubes es crucial para comprender el planeta en su conjunto. Los Júpiter calientes como WASP-17 b están compuestos principalmente de hidrógeno y helio, con pequeñas cantidades de otros gases como vapor de agua (H).₂O) y dióxido de carbono (CO₂). “Si sólo consideramos el oxígeno contenido en estos gases y no incluimos todo el oxígeno atrapado en minerales como el cuarzo (SiO),₂Reduciremos drásticamente la abundancia general”, explicó Wakeford. «Estos hermosos cristales de sílice nos hablan sobre el inventario de diferentes materiales y cómo se unen para dar forma al medio ambiente de este planeta».

Es difícil determinar exactamente cuánto cuarzo hay presente y qué tan extendidas están las nubes. «Es probable que las nubes estén presentes durante la transición entre el día y la noche, que es el área que exploran nuestras observaciones», dijo Grant. Debido a que el planeta está bloqueado por mareas con un lado diurno muy caluroso y un lado nocturno más frío, es probable que las nubes orbiten alrededor del planeta, pero se evaporan cuando llegan al lado diurno más cálido. «El viento puede mover estas diminutas partículas de vidrio a miles de kilómetros por hora».

WASP-17 b es uno de los tres planetas objetivo del equipo de científicos del JWST para el reconocimiento profundo de atmósferas exoplanetarias utilizando sondas de espectroscopía multiinstrumento de resolución (DREAMS), que están diseñadas para recopilar un conjunto completo de observaciones de un único representante de cada gran planeta. clase de exoplanetas. : Júpiter es caliente, cálido NeptunoY un planeta rocoso moderado. Las observaciones MIRI del caliente Júpiter WASP-17 b se realizaron como parte del programa GTO 1353.

Referencia: “JWST-TST Dreams: Nubes de cuarzo en la atmósfera de WASP-17b” por David Grant, Nicole K. Lewis, Hannah R. Wakeford, Natasha E. Batalha, Anna Glidden, Jayesh Goyal, Elijah Mullins, Ryan J. MacDonald, Erin M. May, Sarah Seager, Kevin B. Stevenson, Jeff A. Valenti, Channon Fisher, Lily Alderson, Natalie H. Allen, Caleb I. Cañas, Kenkol Colon, Mark Clampin, Nestor Espinoza, Amelie Gresier, Jingsheng Huang, Zifan Lin, Douglas Long, Dana R. Lowe, María Peña Guerrero, Sukrit Rangan, Christine S. Sotzen, Daniel Valentine, Jay Anderson, William O. Palmer, Andrea Bellini, Kellan K. W. Hoch, Jens Kammerer, Mattia Liberalto, C. Matt Mountain, Marshall de Perrin, Laurent Boyot, Emily Rickman, Isabel Rebolledo, Sangmo Tony Son, Roland P. van der Marel y Laura L. Watkins, 16 de octubre de 2023. Cartas de revistas astrofísicas.
doi: 10.3847/2041-8213/acfc3b

El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio científico espacial más importante del mundo. Webb resuelve los misterios de nuestro sistema solar, mira más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa internacional liderado por la NASA con su socio la Agencia Espacial Europea (ESA).Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.