Primer mapa de las nubes de un exoplaneta

Kepler-7b, descubierto por el telescopio espacial homónimo, es un gigante gaseoso caliente que orbita en torno a su estrella en un periodo orbital de 4.89 días.

En general, la mayoría de los jupíteres calientes descubiertos hasta la fecha parecen ser bastante oscuros, presentando albedos pequeños, es decir, que reflejan sólo una pequeña parte de la luz visible que reciben. Estos albedos pueden llegar a detectarse gracias a la magnífica precisión fotométrica que se alcanza en telescopios espaciales, como Corot o Kepler, traduciéndose en una modulación de la luz recibida o incluso en la detección en el visible del eclipse secundario.

Hay que ser muy cuidadosos, sin embargo, puesto que es posible que una parte de la alta emisión termal de estos planetas, tan extremadamente calientes, sea detectada por los detectores a bordo de estos telescopios en la parte más roja del visible, confundiéndose así luz visible reflejada con luz infraroja emitida.

Kepler-7b es un planeta que presenta estas características (modulación y eclipse secundario) en las observaciones del Kepler. Más aún, los modelos predicen que a su temperatura de equilibrio deberían existir numerosas nubes altas o nieblas, altamente reflectoras.

En agosto y noviembre de 2011 se intentó observar el eclipse infrarojo de este planeta, en las bandas de 3.6 y 4.5 micras del Spitzer. No se ha sido capaz de detectar el eclipse secundario en el infrarojo, lo que nos da un límite superior con respecto a las emisiones en estas longitudes de onda, de este planeta.

Gracias a esta no detección, puede concluirse que no existe un alto flujo termal que pueda contaminar la detección en luz visible por parte del Kepler de la modulación de luz y del eclipse secundario, que corresponderían entonces a detección del albedo del planeta.

El hecho de disponer de más de 1.200 días consecutivos (o casi) de datos fotométricos permite obtener una exquisita fotometría, gracias a la combinación de numerosos ciclos orbitales, en una única curva. 

Gracias a la fotometría, se sabe que la estrella es poco activa y con un periodo de rotación (16 días) no sincronizado con el periodo orbital del planeta. Ambas cosas significan que la estrella tiene poca influencia, a nivel de ruido, en la curva obtenida.

La ocultación de 50 ppm obtenida se trasladaría a una temperatura en el visible de unos 2600 K, mucho mayor que los límites superiores obtenidos en las bandas del infrarojo, de en torno a 1000 K.

El meollo de la cuestión reside en que, frente a un albedo geométrico correspondiente a una esfera de Lamberte (curva verde), el pico de luz reflejada en la curva de luz está desplazado y localizado en fase 0.61 (curva azul), lo que trasladado sobre el planeta significa que la máxima reflexión se mediría en una banda longitudinal situada más o menos a 40º oeste.

Se supone que para un planeta con acoplamiento de marea, las nubes estarían situadas más al este, de acuerdo con la rotación síncrona del planeta. Encontrar esta medida más al oeste es una desviación significativa y se podría explicar gracias a la presencia de una capa nubosa de composición y propiedades diferentes a la del resto del planeta.

Lo cierto es que los modelos prevén que para esas temperaturas estos planetas dispongan de numerosas nubes altas de silicatos, que serían más reflectivas de lo habitual en estos planetas. Si los planetas fuesen de tipo más caliente se supone que carecerían de este tipo de nubes en el hemisferio diurno, mientras que planetas más templados tendrían este tipo de nubes en alturas más bajas, donde no influenciarían significativamente el albedo detectable.

Los mapas pueden parecer sencillos, pero es la primera vez que logramos esto en un exoplaneta. Se espera que en el futuro próximo, una vez se disponga de todos los datos del Kepler, se puedan efectuar otros mapas sencillos atmosféricos, como este. Para ayudar a visualizar el mapa, mejor nos quedamos con esta maravillosa recreación artística, creada por la NASA.

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Referencias:

Inference of Inhomogeneous Clouds in an Exoplanet Atmosphere

http://arxiv.org/abs/1309.7894