Los investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, están "cocinando" la atmósfera extraterrestre aquí en la Tierra. En un nuevo estudio, los científicos del JPL utilizaron un "horno" de alta temperatura para calentar una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono a más de 1 ° C (100 ° F), lo que equivale a la temperatura de la lava fundida. El objetivo era simular las condiciones que se pueden encontrar en la atmósfera de un tipo especial de exoplaneta (planetas fuera de nuestro sistema solar), llamado "Júpiter caliente".

Júpiter = gigantes espaciales

Los Jupitors calientes son gigantes gaseosos que orbitan, a diferencia de los planetas de nuestro sistema solar, muy cerca de su estrella madre. Mientras la Tierra orbita los días de Sun 365, los Jupitors calientes circulan alrededor de sus estrellas por menos de 10. Esta corta distancia de las estrellas significa que sus temperaturas pueden alcanzar 530 a 2 800 ° C (1 000 a 5 000 ° F) o incluso más. En comparación, un día caluroso en la superficie de Mercury (que orbita alrededor del Sol en los días 88) alcanza una temperatura de aproximadamente 430 ° C (800 ° F).

El científico jefe JPL Murthy Gudipati, líder del grupo que realizó un nuevo estudio el mes pasado en el Astrophysical Journal, dice:

"La simulación exacta de laboratorio del ambiente hostil de estos exoplanetas no es posible, pero podemos imitarla muy de cerca".

El equipo comenzó con una mezcla química simple compuesta principalmente de gas de hidrógeno y gas de monóxido de carbono 0,3. Estas moléculas son muy comunes en el universo y en los primeros sistemas solares, y por lo tanto, lógicamente, podrían crear la atmósfera de Júpiter caliente. La mezcla se calentó luego a 330 a 1 230 ° C (620 a 2 240 ° F).

Los científicos también han expuesto esta mezcla de laboratorio a altas dosis de radiación ultravioleta, similar a lo que podría afectar al Júpiter caliente que orbita alrededor de su estrella madre. La luz UV ha demostrado ser un ingrediente activo. Sus acciones han contribuido en gran medida a los resultados sorprendentes de un estudio sobre los fenómenos químicos que pueden tener lugar en atmósferas calientes.

Jupiter caliente

Los Júpiter calientes se consideran grandes planetas e irradian más luz que los planetas más fríos. Estos factores han permitido a los astrónomos aprender más sobre su atmósfera que la mayoría de los otros tipos de exoplanetas. Las observaciones han demostrado que muchas atmósferas de Júpiter son opacas a grandes alturas. Aunque la opacidad puede ser parcialmente justificada por las nubes, esta teoría está perdiendo terreno al disminuir la presión. De hecho, se ha observado opacidad cuando la presión atmosférica es muy baja.

El pequeño disco de zafiro en la figura de la derecha muestra los aerosoles orgánicos formados dentro del horno de alta temperatura. Disco izquierdo no utilizado. Fuente de la imagen: NASA / JPL-Caltech

Así que los científicos buscaron otra posible explicación, y una de ellas podría ser los aerosoles: partículas sólidas contenidas en la atmósfera. Sin embargo, según los investigadores del JPL, los científicos no sabían cómo se podían formar los aerosoles en las atmósferas calientes de Júpiter. Fue solo en un nuevo experimento que la mezcla química caliente fue expuesta a la radiación UV.

Benjamin Fleury, investigador y autor principal de JPL

“Este resultado cambia la forma en que interpretamos la atmósfera calurosa y brumosa de Júpiter. En el futuro queremos estudiar las propiedades de estos aerosoles. Queremos entender mejor cómo se forman, cómo absorben la luz y cómo reaccionan a los cambios en el medio ambiente. Toda esta información puede ayudar a los astrónomos a comprender lo que ven mientras observan estos planetas. "

Vapor de agua encontrado

El estudio también trajo otra sorpresa: las reacciones químicas produjeron cantidades considerables de dióxido de carbono y agua. Se encontró vapor de agua en las atmósferas calientes de Júpiter, mientras que los científicos esperaban que esta rara molécula solo se produciría cuando hubiera más oxígeno que carbono. Un nuevo estudio ha demostrado que el agua se puede formar incluso cuando el carbono y el oxígeno están presentes en la misma proporción. (El monóxido de carbono contiene un átomo de carbono y un átomo de oxígeno). Mientras que el dióxido de carbono (un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno) se produjo sin radiación UV adicional, las reacciones se aceleraron con la adición de luz de estrella simulada.

Mark Swain, un científico de exoplanetas en JPL, y coautor del estudio dice:

“Estos nuevos resultados son inmediatamente aplicables a la interpretación de lo que vemos en los ambientes cálidos de Júpiter. Asumimos que en estas atmósferas, las reacciones químicas estaban más influenciadas por la temperatura, pero ahora parece que el papel de la radiación necesita ser considerado ”.

Con los dispositivos de la próxima generación, como el Telescopio Espacial James Webb en la NASA, lanzado para su lanzamiento en 2021, los científicos podrían crear los primeros perfiles químicos detallados de atmósferas exoplanetarias. Y es posible que uno de los primeros sea solo los que están alrededor del Júpiter caliente. Estos estudios ayudarán a los científicos a comprender cómo se configuran otros sistemas solares y qué tan similares o diferentes son a los nuestros.

Para los investigadores del JPL el trabajo acaba de comenzar. A diferencia de un horno típico, está herméticamente sellado para evitar fugas de gas o contaminación, lo que permite a los científicos controlar su presión al aumentar la temperatura. Con este equipo, ahora pueden simular atmósferas exoplanetarias a temperaturas aún más altas que alcanzan hasta 1600 ° C (3000 ° F).

Bryana Henderson, coautora de un estudio JPL

“Es un desafío constante diseñar y operar con éxito este sistema. La mayoría de los componentes estándar, como el vidrio o el aluminio, se derriten a temperaturas tan altas. Estamos constantemente aprendiendo cómo superar los límites y al mismo tiempo simular de manera segura estos procesos químicos en el laboratorio. Pero al final, los resultados emocionantes que nos brindan los experimentos valen todo el trabajo y esfuerzo extra ”.