Primera detección de óxido de titanio en la atmósfera de un exoplaneta

Utilizando el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile, un grupo de astrónomos ha detectado, por primera vez, óxido de titanio en la atmósfera de un exoplaneta. Este descubrimiento sobre el planeta WASP-19b, catalogado como 'Júpiter caliente', ha sido posible gracias a las capacidades del instrumento FORS2 y ha proporcionado información sobre la composición química, la estructura de la temperatura y la presión de la atmósfera de este mundo insólito y muy caliente. Los resultados aparecen hoy en la revista Nature.

El equipo, que cuenta con la participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) y está dirigido por Elyar Sedaghati, ha examinado, con un nivel de detalle sin precedentes, la atmósfera del exoplaneta WASP-19b. Este extraordinario planeta tiene aproximadamente la misma masa que Júpiter, pero está tan cerca de su estrella que completa una órbita en sólo 19 horas y se estima que su atmósfera tiene una temperatura de unos 2.000 grados centígrados.

Cuando WASP-19b pasa por delante de su estrella, parte de la luz del astro atraviesa la atmósfera del planeta y deja huellas sutiles en la luz que finalmente llega a la Tierra. Utilizando el instrumento FORS2 del Very Large Telescope los investigadores fueron capaces de analizar esta luz y deducir que la atmósfera contenía pequeñas cantidades de óxido de titanio, agua y trazas de sodio, junto con una nube global de fuerte dispersión.

Un algoritmo que explora muchos millones de espectros

Sin embargo, "detectar estas moléculas no es tarea sencilla”, explica Sedaghati –recién graduado en la Universidad Técnica de Berlín, que pasó dos años como estudiante de ESO para trabajar en este proyecto–. “No sólo necesitamos datos de una calidad excepcional, sino que también es necesario realizar un análisis sofisticado. Para llegar a estas conclusiones, utilizamos un algoritmo que explora muchos millones de espectros que abarcan una amplia gama de composiciones químicas, temperaturas y propiedades de la nube”.

En la Tierra es raro ver óxido de titanio. Se sabe que existen en las atmósferas de estrellas frías. En las atmósferas de planetas calientes como WASP-19b actúa como un absorbente del calor. Si está presente en cantidades lo suficientemente grandes, estas moléculas evitan que el calor entre o salga a través de la atmósfera, provocando una inversión térmica, es decir, la temperatura es más alta en la atmósfera superior y más baja en zonas inferiores, lo contrario de lo habitual. El ozono desempeña un papel similar en la atmósfera de la Tierra, donde provoca inversión en la estratosfera.

“La presencia de óxido de titanio en la atmósfera de WASP-19b puede tener efectos importantes en la estructura de la temperatura y la circulación atmosféricas”, explica Ryan MacDonald, otro miembro del equipo y astrónomo en la Universidad de Cambridge (Reino Unido).

Cuando WASP-19b pasa por delante de su estrella, parte de la luz de la estrella pasa a través de la atmósfera del planeta y deja huellas sutiles en la luz que finalmente llega a la Tierra. / ESO/M. Kornmesser

Los astrónomos recopilaron observaciones de WASP-19b durante un período de más de un año. Midiendo las variaciones relativas en el radio del planeta en diferentes longitudes de onda de la luz que pasa a través de la atmósfera del exoplaneta, y comparando las observaciones con modelos atmosféricos, pudieron extrapolar diferentes propiedades, tales como el contenido químico de la atmósfera del exoplaneta.

Esta nueva información sobre la presencia de óxidos metálicos como el óxido de titanio y otras sustancias permitirá hacer mejores modelos de las atmósferas de los exoplanetas. Mirando hacia el futuro, una vez que los astrónomos puedan observar las atmósferas de planetas posiblemente habitables, los modelos mejorados les darán una idea más completa de cómo interpretar esas observaciones.

Mejoras en el instrumento FORS2

“Este importante descubrimiento es el resultado de una remodelación del instrumento FORS2 hecha exactamente con este propósito”, agrega el miembro del equipo Henri Boffin, de ESO, que dirigió el proyecto de mejora. “Desde entonces, se ha convertido en el mejor instrumento para llevar a cabo este tipo de estudio desde tierra”, destaca.

Por su parte, Antonio Claret, investigador del IAA-CSIC, señala que "ha sido un trabajo arduo y cuidadoso de cerca de dos años con telescopios de gran tamaño y alta precisión, acompañado de un intenso esfuerzo en cálculos teóricos".

Según Claret, "se trata de un planeta muy interesante porque se encuentra muy cerca del límite de Roche –que constituye la distancia mínima a la que puede aproximarse de su estrella madre sin que sea destruido por las fuerzas de marea–. De hecho, ya hemos comenzado el estudio de este sistema desde el punto de vista teórico, para comprobar cómo evolucionan las mareas en condiciones tan extremas", concluye.