Júpiter Calientes: Los Exoplanetas Originales

Autora: Hayley Beltz
Editores: Alison Claire Ludzki, Callie Corsa y Sarah Kearns
Traducción: Irene Vargas-Salazar, editado por Neikelyn Burgos-Tirado

Toma un momento para recordar que tú y todas las personas que conoces viven en una pequeña bola azul que está girando alrededor de una bola caliente hecha de hidrógeno y helio que no nos presta atención. Además, solamente somos uno de los ocho diversos planetas dentro de nuestro sistema solar que han estado en este viaje por billones de años. Estos otros planetas pueden variar desde rocas calientes, demasiado pequeñas para poder sostener una atmósfera, hasta gigantes de gas frío en donde un día puede durar menos de 10 horas. Nuestro sistema solar es solamente uno entre muchos (billones) sistemas y solo incluye una pequeña muestra de posibles tipos de planetas y configuraciones. Cuando astrónomos empezaron a mirar más lejos que nuestro sistema solar a estrellas cercanas y los planetas que los orbitan – conocidos como exoplanetas – empezamos a entender que tan extraño pueden ser otros mundos. Nuestro sistema solar no nos había preparado para lo que vimos primero: los Júpiter Calientes.

Generalmente, los Júpiter Calientes son una clase de gigantes gaseosos que giran alrededor de su estrella en órbitas pequeñas y circulares. Pero antes que platiquemos sobre un típico día en la vida de un Júpiter Caliente, vamos a tratar de entender porque las propiedades de estos planetas los hacen fácil de descubrir y como se pueden detectar. Uno de los métodos para detectar exoplanetas es el método de la velocidad radial (o “RV” por sus siglas en inglés) lo cual esta siendo mostrado en el GIF de abajo:

Los cambios en las partes rojas y azules nos indican cuando los objetos se están moviendo hacia nosotros o más lejos de nosotros. Fuente del GIF.

Cuando un planeta orbita alrededor de una estrella, su gravedad jala a la estrella, lo cual provoca que ésta también se empiece a mover. Entre más grande y más cerca esté el planeta a su órbita, la estrella se mueve más y se vuelve más rápida su velocidad (radial). La velocidad radial de la estrella es la rapidez con la cual la estrella viaja directamente hacia nosotros o más lejos de nosotros. Nosotros podemos medir esa velocidad desde la Tierra al medir la luz de la estrella. Cuando la luz se mueve hacia nosotros, su longitud de onda aparenta ser más azul. Si se mueve más lejos de nosotros, su luz parece ser más roja. Así que, si miramos a una estrella por suficiente tiempo, podemos empezar a notar como su luz se está moviendo de un color a otro regularmente. ¡Esto es una buena indicación que hay un planeta ahí! Los Júpiter Calientes son muy masivos y MUY cercanos a su estrella, lo cual significa que son perfectos para este método de detección.

A pesar de su nombre, los Júpiter Calientes son menos como un hermano y más como un primo distante de nuestro propio Júpiter. Mientras que los Júpiter Calientes y nuestro Júpiter están hechos del mismo material (principalmente gas) y son menos densos que los planetas de piedra como la Tierra o Marte, aquí es donde se acaban sus similitudes. En realidad, estos primos viven en vecindarios completamente diferentes. La división entre estos dos “tipos” de Júpiter viene del hecho que los Júpiter Calientes pueden estar 100 veces más cercanos a sus estrellas que nuestro Júpiter al Sol. La longitud de las órbitas es proporcional a la distancia a la estrella, por lo tanto, los Júpiter calientes tienden a completar su órbita en menos de una semana. Como referencia, si tomas a Mercurio (el planeta de nuestro sistema solar más cercano al Sol), él orbita al Sol en solo 88 días, así que los Júpiter Calientes son muy veloces. Todo este calor hace que los planetas se vuelvan más hinchados y tienden a tener un radio más grande que nuestro Júpiter, a pesar de ser menos masivos.

Los Júpiter Calientes están tan cerca a su estrella que se piensa que existen en una órbita sincrónica (como nuestra luna). Esto implica que la duración de un día en ese planeta sería lo mismo que la duración de un año. En otras palabras, en el tiempo que le toma al planeta orbitar la estrella, él habría completado una revolución. Esto significa que tendría un lado donde sería permanentemente de día ya que estaría siempre iluminado y un lado donde sería permanentemente de noche ya que nunca recibiría la luz de su estrella. Los Júpiter Calientes no suenan como un lugar muy popular para ir de vacaciones para las civilizaciones avanzadas del futuro. Definitivamente no son un lugar donde sería posible que pudieran vivir los seres humanos.

Nuestro Júpiter vs. un Júpiter Caliente. ¡El radio de los Júpiter Calientes son 10 veces mas grandes y están 100 veces más cercanos a sus estrellas! Ilustración hecha por Sierra Nishizaki.

Para entender como estos aspectos pueden afectar la atmósfera de un exoplaneta, los astrónomos como yo utilizamos modelos. Mi investigación involucra el uso de modelos atmosféricos en 3D combinados con datos observacionales para hacer predicciones sobre las atmósferas de los Júpiter Calientes. Cuando comparamos los datos tomados por un telescopio con los modelos, podemos aprender más sobre el sistema que si usáramos cada método por si solo. Por ejemplo, mi proyecto corriente involucra utilizar modelos y datos observacionales para probar que tipo particular de Júpiter Caliente está en una órbita sincrónica. ¡Ésta es la primera vez que esto se ha hecho por una emisión espectroscópica! La emisión espectroscópica de un planeta es la luz que emite el planeta. Cuando miramos a esta luz cuidadosamente, podemos aprender sobre los elementos que la luz ha viajado a través de en su camino hacia nosotros. ¡En este caso, podemos aprender sobre la atmósfera del propio planeta! En estos modelos, nosotros programamos la física necesaria (por ejemplo, la transferencia de calor a través de las capas atmosféricas) y sus condiciones iniciales (la masa del planeta o el radio de la estrella) y esto deja que el modelo calcule los parámetros de la atmósfera. Por ejemplo, puede calcular la temperatura o la velocidad del viento en cada capa atmosférica para un número específico de órbitas. Dependiendo de la complejidad computacional del modelo, estos cálculos pueden tomar algunos minutos o varios meses en acabar.

Desde estos modelos, podemos predecir el clima en los Júpiter Calientes, aunque cada día es probablemente lo mismo: caliente y ventoso. Para entender cuanto viento hay, debemos compararlo con su primo. Júpiter en nuestro sistema solar tiene una gran tormenta icónica que se le conoce como la Gran Mancha Roja. Más rápido que un huracán de categoría 5 de la Tierra, esta tormenta ha estado activa por varios cientos de años. ¿Cómo se compara con los vientos en los Júpiter Calientes? Nuestro modelo enseña un fuerte chorro viajando hacia el este alrededor del ecuador de estos planetas con un viento con velocidad arriba de 3000 m/s – esto es más que 10 veces más grande que los vientos en la Gran Mancha Roja.

Los Júpiter Calientes pueden que no estén en una categoría habitable de exoplanetas, pero son un verdadero testamento de condiciones extremas para planetas. De los casi 4,000 exoplanetas confirmados, alrededor de 800 caen en la categoría de un Júpiter Caliente. Sin embargo, es importante recordar que los métodos para detectar planetas que tenemos en la actualidad, como el método RV mencionado anteriormente, tienden a encontrar mayormente a planetas grandes. Que tan comunes son los Júpiter Calientes todavía es una pregunta abierta en astronomía. Aunque estos son uno de los exoplanetas más comunes confirmados hasta ahora, no son los más abundantes. Los Júpiter Calientes fueron el primer caso de un exoplaneta con condiciones extremas que fue descubierto, y apenas acabamos de empezar a descubrir que tipos de sistemas solares existen en nuestra galaxia.

Hayley Beltz es una estudiante de doctorado en astronomía en la Universidad de Michigan. Ella está estudiando las atmósferas de exoplanetas. Cuando no está trabajando en su investigación, ella disfruta de una buena copa de té, de video juegos y de hacerse amiga con cachorros. La puedes seguir en Twitter: @asteroidbeltz.