Las nuevas observaciones realizadas con el telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA sugieren que TOI-561b está rodeado por una densa capa de gases sobre un océano de magma global.
This artist’s concept shows what TOI-561b and its star could look like. Image credit: NASA / ESA / CSA / Ralf Crawford, STScI.
TOI-561 es una estrella brillante ubicada a 280.5 años luz de distancia en la constelación de Sextans.
La estrella tiene aproximadamente 10 mil millones de años y una masa y tamaño que representan alrededor del 80% de los del Sol.
También conocida como TYC 243-1528-1, pertenece a una población rara de estrellas llamadas estrellas del disco grueso galáctico.
TOI-561 alberga al menos tres exoplanetas – TOI-561b, c y d – y es uno de los sistemas planetarios más antiguos y pobres en metales descubiertos hasta la fecha en la Vía Láctea.
El planeta interior, TOI-561b, es una llamada supertierra con un período orbital de solo 0.44 días.
Tiene una masa y un radio de 3.2 y 1.45 veces los de la Tierra, y una densidad de 5.5 g/cm3, consistente con una composición rocosa.
“Lo que realmente distingue a este planeta es su anomalosamente baja densidad”, afirmó la Dra. Johanna Teske, astrónoma del Carnegie Institution for Science.
“No es una super-nube, pero es menos denso de lo que se esperaría si tuviera una composición similar a la de la Tierra.”
Una de las explicaciones que los astrónomos consideraron para la baja densidad del planeta fue que podría tener un núcleo de hierro relativamente pequeño y un manto hecho de roca que no es tan densa como la roca dentro de la Tierra.
“TOI-561b es distinto entre los planetas de período ultracorto en que orbita una estrella muy antigua (el doble de la edad del Sol) y pobre en hierro en una región de la Vía Láctea conocida como el disco grueso”, dijo la Dra. Teske.
“Debe haberse formado en un entorno químico muy diferente al de los planetas de nuestro propio Sistema Solar.”
Los investigadores también sospecharon que TOI-561b podría estar rodeado por una densa atmósfera que lo haga parecer más grande de lo que realmente es.
Aunque se espera que los planetas pequeños que han pasado miles de millones de años expuestos a una intensa radiación estelar no tengan atmósfera, algunos muestran signos de que no son solo roca desnuda o lava.
Para probar la hipótesis de que TOI-561b tiene una atmósfera, utilizaron el instrumento NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) del Webb para medir la temperatura del lado diurno del planeta basándose en su brillo infrarrojo cercano.
La técnica, que implica medir la disminución del brillo del sistema estrella-planeta a medida que el planeta se mueve detrás de la estrella, es similar a la utilizada para buscar atmósferas en el sistema TRAPPIST-1 y en otros mundos rocosos.
Si TOI-561b es una roca desnuda sin atmósfera que transporte calor hacia el lado nocturno, su temperatura del lado diurno debería acercarse a los 2,700 grados Celsius (4,900 grados Fahrenheit).
Pero las observaciones de NIRSpec muestran que la temperatura del lado diurno del planeta parece ser más cercana a los 1,800 grados Celsius (3,200 grados Fahrenheit), todavía extremadamente caliente, pero mucho más fría de lo esperado.
An emission spectrum captured by Webb in May 2024 shows the brightness of different wavelengths of near-infrared light emitted by exoplanet TOI-561b. Image credit: NASA / ESA / CSA / Ralf Crawford, STScI / Johanna Teske, Carnegie Science Earth and Planets Laboratory / Anjali Piette, University of Birmingham / Tim Lichtenberg, Groningen / Nicole Wallack, Carnegie Science Earth and Planets Laboratory.
Para explicar los resultados, los autores consideraron varios escenarios diferentes.
El océano de magma podría circular algo de calor, pero sin una atmósfera, el lado nocturno probablemente sería sólido, limitando el flujo lejos del lado diurno.
También es posible una fina capa de vapor de roca en la superficie del océano de magma, pero por sí sola probablemente tendría un efecto de enfriamiento mucho menor que el observado.
“Realmente necesitamos una atmósfera densa y rica en volátiles para explicar todas las observaciones”, dijo la Dra. Anjali Piette, astrónoma de la Universidad de Birmingham.
“Fuertes vientos enfriarían el lado diurno transportando calor hacia el lado nocturno.”
“Gases como el vapor de agua absorberían algunas longitudes de onda de la luz infrarroja cercana emitida por la superficie antes de que lleguen a través de la atmósfera.”
“También es posible que haya nubes de silicatos brillantes que enfríen la atmósfera reflejando la luz estelar.”
Si bien las observaciones del Webb proporcionan evidencia convincente de dicha atmósfera, la pregunta sigue siendo: ¿Cómo puede un planeta pequeño expuesto a una radiación tan intensa retener alguna atmósfera, y mucho menos una tan sustancial? Algunos gases deben estar escapando al espacio, pero quizás no tan eficientemente como se esperaba.
“Creemos que existe un equilibrio entre el océano de magma y la atmósfera”, dijo el Dr. Tim Lichtenberg, astrónomo de la Universidad de Groningen.
“Al mismo tiempo que los gases salen del planeta para alimentar la atmósfera, el océano de magma los está absorbiendo de nuevo hacia el interior.”
“Este planeta debe ser mucho, mucho más rico en volátiles que la Tierra para explicar las observaciones. Es realmente como una bola de lava mojada.”
El estudio aparece hoy en la revista Astrophysical Journal Letters.
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Johanna K. Teske et al. 2025. A Thick Volatile Atmosphere on the Ultrahot Super-Earth TOI-561b. ApJL 995, L39; doi: 10.3847/2041-8213/ae0a4c
