Una simulación sugiere que un exoplaneta rocoso tiene una extraña atmósfera

29 de septiembre de 2009

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ESO/ L. Calcada

Tan acostumbrados estamos a la luz solar, la lluvia, la niebla y la nieve de nuestro planeta, que nos sería imposible imaginarnos una atmósfera diferente y otras formas de precipitación.

Por ejemplo, el Dr. Seuss, en su libro Bartholomew y el Oobleck, nos habla de una sustancia verde pegajosa, llamada oobleck, que cayó de los cielos y engomó el Reino de Didd, y tuvo que ser conjurada por magos siendo claramente una cosa de magia.

Pero no la atmósfera de COROT-7b, un exoplaneta descubierto en febrero de 2009 por el telescopio espacial COROT, lanzado por las agencias espaciales Francesa y Europea.

De acuerdo a los modelos de los científicos en la Universidad de Washington, en St. Louis, la atmósfera de COROT-7b está hecha de ingredientes de rocas y cuando un frente de tormenta se mueven, los guijarros se condensan y caen a modo de lluvia, sobre lagos de lava fundida.

El trabajo, hecho por Laura Schaefer, investigadora asistente en el Laboratorio de Química Planetaria, y por el Dr. Bruce Fegley Jr., profesor de ciencias terrestres y planetarias en Artes & Ciencias, aparece en la edición del 1 de Octubre de The Astrophysical Journal.

Los astrónomos han encontrado cerca de 400 planetas extrasolares, o exoplanetas, en los últimos 20 años. Pero debido a las limitaciones de las medidas indirectas, por las cuales fueron descubiertos, la mayoría son Júpiter calientes,  gigantes gaseosos orbitando cerca de su estrella madre. Más de 1300 Tierra podrían meterse en Júpiter, el cual tiene 300 veces la masa de la Tierra.

COROT-7b, por otro lado, tiene menos de dos veces el tamaño de la Tierra y sólo cinco veces su masa.

Éste fue el primer planeta que se encontró orbitando a la estrella COROT-7, una enana naranja en la constelación Monoceros, o el Unicornio. La letra b indica que se trata del primer exoplaneta del sistema.

Sólido como una roca

En agosto de 2009, un consorcio de observatorios europeos, liderado por el Suizo, reportó el descubrimiento de COROT-7c, un segundo planeta orbitando a COROT-7.

Usando los datos de ambos planetas, fueron capaces de calcular que COROT-7b tenía una densidad promedio cercana a la de la Tierra. Esto significa que es, casi con certeza, un planeta rocoso hecho de rocas de silicatos como las de la corteza terrestre, dice Fegley.

Nadie diría de él que es similar a la Tierra y, mucho menos, hospitalario para la vida. El planeta y su estrella están separados por 2,5 millones de kilómetros, 23 veces menos que la distancia entre Mercurio y el Sol.

Debido a que el planeta está tan cerca de la estrella, está trabado gravitacionalmente por ella, al igual que la Luna lo está respecto por la Tierra. Un lado del planeta siempre mira hacia su estrella, igual que un lado de la Luna siempre mira hacia la Tierra.

Este lado que mira a la estrella tiene una temperatura de alrededoer de 2600 K. Eso es infernalmente caliente – suficientemente caliente para evaporar las rocas. La temperatura global promedio de la superficie terrestre, en contraste, es sólo de alrededor de 288 K.

El lado en sombra perpetua, por otro lado, está realmente frío, a 50 K.

Tal vez, debido a que fue cocinada, la atmósfera de COROT-7b nunca tuvo  elementos o componentes volátiles como los que forman la atmósfera terrestre, tales como el agua, el nitrógeno y el dióxido de carbono.

“La única atmósfera que tiene este objeto es producida por vapor surgido de calientes silicatos fundidos en un lago de lava u océano de lava”, dice Fegley.

¿Cómo sería esta atmósfera? Para averiguarlo, Schaefer y Fegley han usado cálculos de equilibrio termoquímico para modelar la atmósfera de COROT-7b.

Los cálculos, los cuales revelan que ensamblajes minerales son estables bajo condiciones diferentes, fueron verificados con MAGMA, un programa de computadora desarrollado por Fegley, en 1986, junto al fallecido A. G. W. Cameron, profesor de astrofísica en la Universidad de Harvard.

Schaefer y Fegley modificaron el programa MAGMA, en 2004, para estudiar el vulcanismo a alta temperatura en Io, el satélite galileano más interior de Júpiter. Esta versión modificada fue usada en su reciente trabajo.

Lloviendo rocas

Debido a que los científicos no saben la composición exacta del planeta, corrieron el programa con cuatro diferentes composiciones de partida. “Obtuvimos esencialmente el mismo resultado en los cuatro casos”, dice Fegley.

“Sodio, potasio, monóxido de silicio y luego oxígeno, tanto atómico como molecular, componen la mayor parte de la atmósfera”. Pero hay también pequeñas cantidades de otros elementos encontrados en las rocas de silicatos, tales como magnesio, aluminio, calcio y hierro.

¿Por qué hay oxígeno en un planeta muerto, cuando esto no sucedió en la atmósfera terrestre hasta 2400 millones de años después, cuando las plantas comenzaron a producirlo?

“El oxígeno es el elemento más abundante en la roca”, dice Fegley, “por lo que cuando la roca se evapora, acaba produciéndose oxígeno.”

La peculiar atmósfera tiene un clima singular. “A medida que uno se eleva, la atmósfera se torna más fría y, eventualmente, se satura con diferentes tipos de ‘rocas’, de la misma manera que se satura con agua en la atmósfera de la Tierra”, explica Fegley. “Pero, en lugar de formarse nubes de agua y luego llover gotas de agua, se forman nubes de ‘rocas’ y comienzan a llover pequeños guijarros de diferentes tipos de rocas”.

Más extraño aún, la clase de rocas que se condensan a partir de la nube depende de su altitud. La atmósfera trabaja de la misma forma que una columna de fraccionamiento, las altas columnas nudosas que hace que una planta petroquímica sea reconocible a la distancia. En una columna de fraccionamiento, el petróleo crudo es hervido y sus componentes se condensan en una serie de bandejas, con el más pesado (con el  punto de ebullición más alto) en la base, y el más liviano (y más volátil) surgiendo en lo alto.

En vez de condensar hidrocarburos, tales como asfalto, parafina, kerosene y gasolina, la atmósfera del exoplaneta condensa minerales, tales como enstatita, corundo, espinela y wollastonita. En todo caso, la fracción cae de acuerdo al punto de ebullición.

El sodio elemental y el potasio, los cuales tiene muy bajo punto de ebullición en comparación con las rocas, no caen como lluvia, sino que permanecen en la atmósfera, donde formarían altas nubes de gas azotadas por el viento estelar de COROT-7.

Esas grandes nubes pueden ser detectadas por telescopios terrestres. El sodio, por ejemplo, brillaría en la parte naranja del espectro, como un gigantesco, aunque débil, farol de vapor de sodio.

Observadores, recientemente, han reconocido sodio en las atmósferas de otros dos exoplanetas.

La atmósfera de COROT-7b puede no ser respirable, pero ciertamente entretenida.

Más información en:

http://news-info.wustl.edu/news/page/normal/14753.html

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