Cuando en 2013 se anunció el descubrimiento de GJ 504 b, rápidamente se convirtió en uno de los exoplanetas más famosos del mundo. No era porque fuera el más grande ni el más cercano, sino porque las ilustraciones realizadas por los astrónomos mostraban un mundo de intenso color magenta, lo que hizo que muchos medios comenzaran a llamarlo el planeta rosa. Sin embargo, ese color nunca fue una fotografía real. Era una representación artística basada en las posibles características de su atmósfera. Aun así, el sobrenombre ha permanecido hasta nuestros días.
Ahora, más de una década después de su descubrimiento, el Telescopio Espacial James Webb (JWST) ha conseguido algo que hasta hace muy poco parecía imposible: obtener el espectro infrarrojo más detallado jamás realizado de este misterioso mundo, permitiendo estudiar directamente la composición de su atmósfera.
Un mundo extremadamente difícil de observar
GJ 504 b orbita alrededor de la estrella GJ 504, situada a unos 57 años luz de la Tierra, en la constelación de Virgo. Lo extraordinario de este objeto es que se encuentra muy separado de su estrella, unas 44 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Gracias a ello fue uno de los primeros exoplanetas obtenidos mediante imagen directa, es decir, fotografiando el propio planeta en lugar de detectarlo mediante métodos indirectos como el tránsito o la velocidad radial. Pero fotografiar un planeta es una cosa y estudiar su atmósfera es otra completamente distinta. Aunque GJ 504 b está relativamente alejado de su estrella, continúa siendo miles de veces más débil que ella. La luz estelar inunda completamente la imagen, haciendo extremadamente complicado separar el tenue brillo del planeta. Antes del lanzamiento del James Webb únicamente era posible medir su brillo en algunas bandas del infrarrojo. Eso permitía hacer estimaciones generales sobre su temperatura, pero resultaba imposible conocer con precisión qué gases formaban su atmósfera.
El James Webb cambia las reglas del juego
El nuevo estudio, publicado en The Astronomical Journal, utiliza el instrumento NIRSpec del James Webb para obtener un espectro con una resolución muy superior a cualquier observación anterior. Los investigadores observaron el planeta entre longitudes de onda de 2,9 y 5,3 micras, una región del infrarrojo donde muchas moléculas dejan su huella característica.
El trabajo no solo requirió la enorme sensibilidad del telescopio, sino también nuevas técnicas de procesamiento informático capaces de eliminar casi por completo el brillo de la estrella. Gracias a ello consiguieron detectar el planeta con una relación señal-ruido extraordinariamente alta, superior a 300, lo que convierte estas observaciones en unas de las más precisas jamás obtenidas para un objeto de este tipo.
Una atmósfera sorprendentemente compleja
El espectro obtenido ha permitido identificar numerosas moléculas presentes en la atmósfera del planeta. Entre ellas destacan el vapor de agua (H₂O), el monóxido de carbono (CO), el dióxido de carbono (CO₂), el metano (CH₄), el amoniaco (NH₃) y el sulfuro de hidrógeno (H₂S). Además, por primera vez se han detectado distintos isótopos del carbono y del oxígeno.
Los isótopos son versiones de un mismo elemento químico con diferente número de neutrones. Aunque puedan parecer un detalle menor, constituyen una auténtica mina de información para los astrónomos, ya que ayudan a reconstruir la historia química del planeta y a comprender cómo se formó.
Un planeta mucho más frío de lo esperado
Uno de los resultados más interesantes del estudio es la temperatura medida por el James Webb. Los investigadores obtienen una temperatura efectiva de aproximadamente 564 Kelvin, equivalente a unos 291 °C. Aunque pueda parecer una temperatura elevadísima, en realidad convierte a GJ 504 b en uno de los gigantes gaseosos más fríos que han podido estudiarse directamente. Para comparar, Júpiter presenta una temperatura media cercana a -145 °C en sus capas superiores, mientras que muchos exoplanetas gigantes conocidos superan fácilmente los 1.000 o incluso los 2.000 °C. GJ 504 b ocupa un punto intermedio muy interesante, donde la física atmosférica cambia completamente.
Nubes… pero no de agua
Quizá el descubrimiento más llamativo sea la evidencia de la presencia de nubes. Sin embargo, no se trata de nubes como las terrestres. A estas temperaturas el agua permanece en estado gaseoso, por lo que las nubes probablemente estén formadas por diferentes sales minerales y otros compuestos químicos condensados.
Los modelos atmosféricos utilizados por los investigadores muestran fuertes evidencias de estas llamadas nubes de sal, un tipo de formación que únicamente puede existir en atmósferas extremadamente calientes y con composiciones muy diferentes a las de los planetas del Sistema Solar. Estas nubes modifican profundamente el aspecto del planeta y afectan a la luz que refleja y emite.
Una atmósfera que nunca alcanza el equilibrio
Los científicos también encuentran evidencias de lo que denominan química en desequilibrio. En una atmósfera tranquila, las reacciones químicas terminan alcanzando un estado estable. Pero cuando existen fuertes corrientes verticales, convección o mezclas continuas entre distintas capas atmosféricas, ese equilibrio nunca llega a establecerse. Como consecuencia aparecen cantidades inesperadas de determinadas moléculas, como el metano o el monóxido de carbono.
Este fenómeno ya había sido observado en algunas enanas marrones, pero el James Webb demuestra que también puede ser muy importante en objetos como GJ 504 b.
¿Planeta o enana marrón?
Este sigue siendo uno de los grandes debates. Los modelos obtenidos indican una masa cercana a 25 veces la de Júpiter. Aquí aparece el problema. Tradicionalmente se considera que por encima de unas 13 masas de Júpiter un objeto puede comenzar a fusionar deuterio durante parte de su vida, entrando en la categoría de enana marrón. Sin embargo, la clasificación no depende únicamente de la masa. Muchos astrónomos consideran más importante el mecanismo mediante el cual se formó. Si nació dentro del disco protoplanetario que rodeaba a su estrella, podría seguir considerándose un planeta gigante. Si se formó directamente por colapso gravitatorio, sería una enana marrón. Los nuevos datos no resuelven completamente esta cuestión, aunque ofrecen pistas muy interesantes.
Un mundo enriquecido en elementos pesados
El James Webb también ha permitido comparar la composición química del planeta con la de su estrella. Los investigadores descubren que GJ 504 b parece contener una cantidad superior de elementos pesados, especialmente carbono y azufre. Este enriquecimiento es precisamente lo que predicen muchos modelos de formación planetaria.
Durante el crecimiento de un planeta gigante, este va incorporando grandes cantidades de material sólido procedente del disco protoplanetario, aumentando la concentración de elementos distintos del hidrógeno y del helio. Por ello, estos resultados apoyan la idea de que GJ 504 b pudo formarse como un auténtico planeta. No obstante, los propios autores son prudentes y reconocen que todavía no puede descartarse completamente un origen similar al de una enana marrón. Más allá de los resultados concretos obtenidos para GJ 504 b, este trabajo demuestra algo aún más importante. Hasta hace apenas unos años era prácticamente imposible estudiar con detalle la atmósfera de un planeta tan débil y alejado de su estrella. Hoy el James Webb no solo puede detectar estos mundos, sino identificar las moléculas presentes en ellos, medir su temperatura, estudiar sus nubes, analizar su química e incluso determinar la proporción de distintos isótopos.
Todo ello supone un enorme salto respecto a las capacidades de los telescopios anteriores. Cada nuevo espectro obtenido acerca un poco más a los astrónomos al objetivo de comprender cómo se forman los planetas gigantes, cómo evolucionan sus atmósferas y qué procesos físicos dominan estos mundos tan diferentes del nuestro.
Quizá GJ 504 b nunca llegue a ser realmente un planeta de color rosa. Pero gracias al James Webb estamos empezando a descubrir algo mucho más fascinante que su aspecto: estamos comprendiendo, por primera vez, cómo es realmente su atmósfera y cuál puede haber sido su historia desde su nacimiento hace miles de millones de años.
Para saber más:
CURIOSIDADES ASTRONÓMICAS 
Deja un comentario