JWST cartografía el clima de un gigante gaseoso caliente a 700 años luz
El estudio del Telescopio Espacial James Webb (JWST) publicado este mes en Nature Astronomy hizo visibles las dinámicas atmosféricas del exoplaneta WASP-43b. A 700 años luz de la Tierra, en la constelación de Puppis, WASP-43b es una gigante gaseosa de clase "Júpiter caliente" que orbita muy cerca de su estrella. Las observaciones del JWST muestran en detalle por primera vez cuán variadas pueden ser las condiciones atmosféricas en el planeta a lo largo de un año terrestre.
WASP-43b fue descubierta en 2011. El planeta se encuentra en un entorno diferente a cualquiera de nuestro Sistema Solar: orbita a su estrella en 22 horas y está acoplada por marea (tidal locking), mostrando siempre la misma cara a su estrella. La cara hacia la estrella es su día, la otra su noche. Observaciones anteriores del Hubble midieron la diferencia de temperatura entre estas dos mitades en aproximadamente 1.700 °C, pero no pudieron resolver completamente las dinámicas entre ellas.
El instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del JWST tomó mediciones a lo largo de 23 rotaciones diferentes del planeta, durante el equivalente a un año terrestre. El tiempo total de observación de 7.000 horas permitió al equipo científico cartografiar la composición atmosférica, las variaciones de temperatura y las velocidades del viento en tres dimensiones. La autora principal, la profesora Hannah Wakeford de la Universidad de Bristol, dijo: "Esta es la primera vez que construimos una imagen atmosférica completa de un exoplaneta."
Los resultados de las mediciones son llamativos. En el lado diurno del planeta, las temperaturas varían entre 1.250 y 1.730 °C, con la región más caliente en el hemisferio oriental. En el lado nocturno, el promedio va de -50 a 220 °C. Las corrientes atmosféricas en la frontera día-noche alcanzan los 9.000 km/h — varias veces más rápido que cualquier viento conocido en el Sistema Solar. Los datos del JWST confirmaron por primera vez la presencia de nubes de silicatos (arena) en la atmósfera superior del lado nocturno.
En cuanto a la química atmosférica, el análisis espectroscópico del JWST detectó vapor de agua (H₂O), monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO₂) y dióxido de azufre (SO₂). El metano (CH₄) está en niveles mucho más bajos de lo esperado — un hallazgo significativo para la termodinámica atmosférica del planeta. La planetóloga Dra. Laura Kreidberg de la Universidad de Bristol dijo: "El predominio del monóxido de carbono indica que el equilibrio termodinámico del planeta es diferente al de Júpiter y Saturno."
La estructura nubosa es un hallazgo técnico importante. Las observaciones del Hubble sugerían una atmósfera sin nubes en el lado diurno de WASP-43b, pero el JWST mostró una formación nubosa activa de silicatos en el lado nocturno. Esas nubes modifican la reflexión térmica de la temperatura e influyen directamente en la dinámica atmosférica impulsada por la energía recibida de la estrella. Se detectó una capa nubosa persistente en el lado nocturno desde la troposfera alta hasta la estratosfera media.
Las implicaciones más amplias del estudio se refieren a cuán común es la clase Júpiter caliente en nuestro universo y cómo debe modelarse. De los más de 5.500 exoplanetas identificados hasta la fecha, alrededor de 400 pertenecen a la clase Júpiter caliente. El trabajo detallado del JWST sobre WASP-43b proporciona datos fundacionales para los modelos atmosféricos de esta clase. La Agencia Espacial Europea (ESA) prevé un mapeo atmosférico similar para otros 12 exoplanetas de clase Júpiter caliente en el programa de observación JWST proyectado para 2027.
El Dr. Klaus Pontoppidan, director científico del proyecto JWST en el NASA Goddard Space Flight Center, dijo que el estudio "llevará a una nueva comprensión de la ciencia planetaria comparada". Según Pontoppidan, un paso importante hacia el descubrimiento de exoplanetas similares a la Tierra es entender cómo pueden cartografiarse las dinámicas atmosféricas. El estudio de WASP-43b fija la metodología para los estudios atmosféricos que el JWST realizará durante la próxima década.
En Turquía, el Observatorio Nacional TÜBİTAK (TUG) en Antalya apoya el programa de mapeo atmosférico del JWST con observaciones preliminares. El telescopio RTT-150 de 1,5 metros del TUG proporciona observaciones desde tierra de exoplanetas de clase Júpiter caliente. El profesor de astronomía de la Universidad del Bósforo Dr. Necmi Şenay dijo que el programa de observación entre TÜBİTAK y la ESA se ha ampliado en 2026.
La ciencia de los exoplanetas ha evolucionado rápidamente en la última década. En 2014 el número de exoplanetas confirmados era inferior a 1.000; hoy supera los 5.500. El JWST, el satélite TESS de la NASA, el satélite CHEOPS de la ESA y la próxima misión Ariel de la ESA (2029) llevarán el número por encima de los 10.000 en los próximos cinco años. El trabajo del JWST sobre WASP-43b marca un punto de inflexión no solo en cantidad sino en la calidad de los datos atmosféricos recopilados.
La siguiente fase del estudio es la actualización prevista para marzo de 2027 del instrumento de infrarrojo medio del JWST. El nuevo MIRI-2 duplicará la precisión del mapeo atmosférico. En ese proceso, WASP-43b será observada de nuevo; se recopilarán datos de referencia para determinar si se están produciendo cambios atmosféricos en el planeta durante el equivalente a dos años terrestres. Para la comunidad astronómica, WASP-43b es ahora un planeta de referencia central en la ciencia planetaria comparada.
El trabajo del JWST hace visible la riqueza de datos que la ciencia espacial de vanguardia ofrece a la comunidad global, incluida Turquía. Para los estudiantes de astronomía, la tecnología de mapeo atmosférico será uno de los campos profesionales de la próxima década. Entre las universidades que añaden este tema a sus planes de estudios a partir de 2027 figuran el MIT, Cambridge, Heidelberg y la Universidad de Estambul.