El telescopio James Webb revela el origen del exoplaneta ultracaliente WASP-121b

Una serie de observaciones realizadas con el telescopio espacial James Webb (JWST) ha arrojado nuevas pistas sobre cómo se formó el exoplaneta WASP-121b y de qué parte del disco de gas y polvo que rodea a su estrella podría haber surgido. Estos avances se deben a la detección de varias moléculas clave: vapor de agua, monóxido de carbono, monóxido de silicio y metano

Con estos datos, un equipo liderado por los astrónomos Thomas Evans-Soma y Cyril Gapp logró crear un inventario de carbono, oxígeno y silicio en la atmósfera del planeta. La presencia de metano, en particular, sugiere la existencia de fuertes vientos verticales en el lado nocturno del planeta, un fenómeno que a menudo se pasa por alto en los modelos actuales.

WASP-121b es un planeta gigante y extremadamente caliente que orbita muy cerca de su estrella, a solo el doble de su diámetro, completando una vuelta en apenas 30,5 horas.

3.000°C por el día y 1.500°C por la noche

Presenta dos hemisferios bien diferenciados: uno orientado permanentemente hacia la estrella, con temperaturas superiores a los 3.000°C, y un lado nocturno constante que alcanza los 1.500°C.

"Las temperaturas en el lado diurno son tan altas que incluso materiales refractarios —normalmente sólidos y resistentes al calor extremo— pueden encontrarse en forma gaseosa en la atmósfera del planeta", explica Thomas Evans-Soma, astrónomo del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania, y de la Universidad de Newcastle, Australia, quien lideró el estudio publicado en Nature Astronomy.

El equipo examinó la abundancia de compuestos que se evaporan a diferentes temperaturas, lo que aporta pistas sobre la evolución del planeta.

"Laboratorio" de atmósferas planetarias

"Los compuestos gaseosos son más fáciles de detectar que los líquidos o sólidos", señala Cyril Gapp, investigador del MPIA y autor principal de un segundo estudio publicado en The Astronomical Journal. "Como muchos compuestos químicos existen en forma gaseosa, los astrónomos usamos a WASP-121b como un laboratorio natural para estudiar atmósferas planetarias".

Los investigadores concluyeron que WASP-121b acumuló la mayor parte de su gas en una región lo suficientemente fría como para que el agua se mantuviera congelada, pero lo bastante cálida para que el metano se evaporara. En el Sistema Solar, este tipo de entorno se encuentra entre las órbitas de Júpiter y Urano. Esto sugiere que WASP-121b se formó lejos de su estrella y luego migró hacia su órbita actual, extremadamente cercana.

El silicio se detectó en forma de monóxido de silicio (SiO), aunque su origen se remonta a materiales rocosos como el cuarzo, presentes en planetesimales —cuerpos similares a asteroides— que el planeta incorporó tras haber adquirido gran parte de su envoltura gaseosa. La formación de planetesimales requiere tiempo, lo que indica que esta fase ocurrió en etapas más avanzadas del desarrollo planetario.

"La proporción de carbono, oxígeno y silicio nos dice mucho sobre cómo se formó este planeta y cómo adquirió sus materiales", afirma Evans-Soma.

Formación de planetas

La formación planetaria comienza con partículas de polvo cubiertas de hielo que se agrupan y crecen hasta alcanzar tamaños de centímetros o metros. Estas “piedras” atraen gas y partículas a su alrededor, acelerando su crecimiento: son las semillas de futuros planetas. Debido al arrastre del gas circundante, estos fragmentos tienden a desplazarse hacia el centro del sistema. A medida que migran, el hielo que contienen se evapora al acercarse a regiones más cálidas del disco.

En algunos casos, como el de WASP-121b, el joven planeta crece tanto que abre un hueco en el disco protoplanetario. Esto interrumpe el flujo de piedras con hielo, pero permite seguir acumulando gas para formar una atmósfera extensa.

En WASP-121b, este proceso tuvo lugar en una zona donde las piedras con metano se evaporaban, enriqueciendo la atmósfera en carbono. En cambio, las piedras con agua seguían congeladas, manteniendo el oxígeno encerrado. Esta dinámica explica por qué el planeta presenta una relación carbono/oxígeno más alta que su estrella: siguió acumulando gas rico en carbono después de que cesara el aporte de oxígeno.

El enigma del metano

Normalmente, el metano no es estable en las altísimas temperaturas del lado diurno de WASP-121b y se espera que desaparezca también en el lado nocturno, debido a la rápida circulación de gases entre ambos hemisferios. Sin embargo, los astrónomos detectaron abundante metano en el lado oscuro, lo que fue una sorpresa total.

Para explicarlo, el equipo sugiere que debe existir un mecanismo que reponga constantemente el metano en esa zona. Una posibilidad es la existencia de fuertes corrientes verticales que lo transporten desde capas más profundas, donde el gas es más estable gracias a las temperaturas más bajas y a la alta proporción de carbono. "Esto desafía los modelos actuales de dinámica atmosférica en exoplanetas, que probablemente deberán ajustarse para reflejar esta intensa mezcla vertical en el lado nocturno de WASP-121b", comenta Evans-Soma.

Espectrógrafo de infrarrojo cercano

El equipo utilizó el espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec) del JWST para observar a WASP-121b durante toda su órbita. A medida que el planeta gira, la radiación térmica que emite varía, lo que permite caracterizar diferentes partes de su atmósfera.

También se captaron datos durante el tránsito del planeta frente a su estrella. En ese momento, parte de la luz estelar pasa a través de los bordes de la atmósfera del planeta, dejando una huella espectral que revela su composición química. Este tipo de medición es especialmente útil para analizar la zona de transición entre el día y la noche.

"El espectro de transmisión confirmó la presencia de monóxido de silicio, monóxido de carbono y agua que ya habíamos detectado con datos de emisión", añadió Gapp. "Sin embargo, no encontramos metano en la zona de transición".

Referencia:

Thomas M. Evans-Soma et al. "SiO and a super-stellar C/O ratio in the atmosphere of the giant exoplanet WASP-121b".Nature Astronomy (2025).

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