Desde que comenzó sus operaciones científicas a mediados de 2022, el Telescopio Espacial James Webb ha logrado avances significativos en la detección de atmósferas alrededor de exoplanetas. Esto incluyó proporcionar la primera evidencia clara de dióxido de carbono en la atmósfera de un exoplaneta (WASP-39b), vapor de agua atmosférico (WASP-96 b) e incluso elementos más pesados como oxígeno y carbono (HD149026b). Según el último comunicado, investigadores han anunciado la evidencia más sólida hasta la fecha de una atmósfera alrededor de un planeta rocoso.
El planeta es la super-Tierra ultra-caliente TOI-561 b, un planeta rocoso 1.4 veces el radio de la Tierra que orbita una estrella similar al Sol ubicada a unos 275 años luz de la Tierra. Con un período orbital de menos de 11 horas, este planeta forma parte de una clase rara de objetos conocidos como exoplanetas de período ultra-corto (USP). Las observaciones con el Espectrómetro de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) de Webb sugieren que este planeta está cubierto por un océano de magma global, con una densa capa de gases por encima. Según el equipo, estos resultados desafían la teoría predominante de que los planetas pequeños que orbitan cerca de sus estrellas no pueden mantener atmósferas.
La investigación fue liderada por Johanna Teske y sus colegas del Earth and Planets Laboratory del Carnegie Institution for Science. Se unieron investigadores del Waterloo Centre for Astrophysics and Department of Physics and Astronomy, el Trottier Institute of Exoplanet Science, el Kapteyn Astronomical Institute, el grupo de investigación Atmospheric, Oceanic, and Planetary Physics de Oxford y múltiples universidades. Sus resultados fueron publicados el 11 de diciembre en The Astrophysical Journal Letters.
An artist’s concept shows what a thick atmosphere above a vast magma ocean on exoplanet TOI-561 b could look like. Credit: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Debido a que TOI-561 b orbita tan cerca de su estrella, a menos de una cuadragésima parte de la distancia entre Mercurio y el Sol, el equipo de investigación concluye que debe estar bloqueado por marea, con un lado permanentemente orientado hacia su sol. Esto significa que las temperaturas del lado diurno superan el punto de fusión de la roca, creando una superficie de magma. Además, las mediciones del tamaño y la masa del planeta revelaron una densidad sorprendentemente baja, una posible explicación para la cual es que el planeta puede tener un núcleo de hierro relativamente pequeño y un manto compuesto de roca menos densa que la de la Tierra. Como explicó Teske en un comunicado de prensa de la NASA:
TOI-561 b es distinto entre los planetas de período ultra-corto en que orbita una estrella muy antigua (el doble de la edad del Sol), pobre en hierro, en una región de la Vía Láctea conocida como el disco grueso. Debe haberse formado en un entorno químico muy diferente al de los planetas de nuestro propio sistema solar”. La composición del planeta podría ser representativa de los planetas que se formaron cuando el universo era relativamente joven.
Dada su composición teórica y la edad de su estrella madre, de aproximadamente 10.5 mil millones de años, TOI-561 b podría ser representativo de los planetas que se formaron cuando el Universo era relativamente joven. Otra posibilidad es que TOI-561 b tenga una atmósfera que lo haga parecer más grande de lo que es, similar a lo que se ha observado con los gigantes gaseosos “super-puff” que orbitan cerca de sus estrellas. Para probar esta teoría, el equipo utilizó el NIRSpec de Webb para medir la temperatura del lado diurno del planeta, lo que implicó observar el sistema durante más de 37 horas mientras TOI-561 b completaba casi cuatro órbitas completas alrededor de la estrella.
Durante estas órbitas, el equipo midió la disminución del brillo del sistema a medida que el planeta pasaba detrás de su estrella madre. Esto es esencialmente lo inverso de lo que los investigadores de exoplanetas hacen con el Método de Tránsito, donde las caídas en la luminosidad de una estrella se utilizan para detectar posibles exoplanetas y medir su período orbital. Esta técnica también es similar a la utilizada para buscar atmósferas en planetas rocosos que orbitan estrellas enanas rojas (como TRAPPIST-1). Si no existiera atmósfera, el planeta no tendría forma de transferir calor entre el lado diurno y el nocturno. En ese caso, el equipo de investigación anticipó una temperatura del lado diurno de alrededor de 2,700 °C (4,900 °F).
An emission spectrum captured by NASA’s James Webb Space Telescope in May 2024 shows the brightness of different wavelengths of near-infrared light emitted by exoplanet TOI-561 b. Credit: NASA/ESA/CSA/STScI/Teske et al. (2025).
Sin embargo, las observaciones de NIRSpec mostraron una temperatura del lado diurno más cercana a 1,800 °C (3,200 °F). Dijo la coautora Dra. Anjali Piette, de la Universidad de Birmingham:
Realmente necesitamos una atmósfera densa y rica en volátiles para explicar todas las observaciones. Fuertes vientos enfriarían el lado diurno transportando calor a la noche. Gases como el vapor de agua absorberían algunas longitudes de onda de la luz infrarroja cercana emitida por la superficie antes de que lleguen por completo a través de la atmósfera. El planeta parecería más frío porque el telescopio detecta menos luz, pero también es posible que haya brillantes nubes de silicatos que enfríen la atmósfera reflejando la luz estelar.
La pregunta que queda es: ¿cómo podría un planeta pequeño, bloqueado por marea y expuesto a tanta radiación mantener su atmósfera, especialmente una tan densa como la de TOI-561 b? “Creemos que existe un equilibrio entre el océano de magma y la atmósfera. Si bien los gases están saliendo del planeta para alimentar la atmósfera, el océano de magma los está absorbiendo de nuevo al interior”, dijo el coautor Tim Lichtenberg de la Universidad de Groningen. “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”.
Estos resultados son los primeros que provienen del Programa de Observadores Generales (GO) 3860 de Webb, parte de sus programas del Ciclo 2. El equipo está analizando actualmente el conjunto de datos completo para determinar las temperaturas en ambos lados del planeta y aprender más sobre la composición de la atmósfera.
Para más información: NASA
