El estudio de los exoplanetas ha avanzado a pasos agigantados en los últimos años, pero aún es difícil obtener información detallada sobre sus atmósferas. Ahora, un equipo de astrónomos ha logrado algo sin precedentes: mapear en tres dimensiones la estructura atmosférica de un exoplaneta, detectando complejas corrientes de viento que transportan elementos como el hierro y el titanio. Este avance, logrado gracias al instrumento ESPRESSO en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, supone un cambio de paradigma en la exploración de mundos alienígenas.

El protagonista de este estudio es WASP-121b, un “Júpiter ultracaliente” situado a unos 900 años luz de la Tierra. Este planeta gaseoso orbita tan cerca de su estrella que un año allí dura apenas 30 horas terrestres. Gracias a observaciones de alta resolución, los científicos han descubierto un sistema de vientos atmosféricos jamás visto en otro planeta. Como explicó la astrónoma Julia Victoria Seidel, autora principal del estudio publicado en Nature, “la atmósfera de este planeta se comporta de maneras que desafían nuestra comprensión del clima no solo en la Tierra, sino en todos los planetas”​.

El mapeo en 3D de un exoplaneta

El estudio combinó las cuatro unidades de telescopio del VLT, lo que permitió observar el tránsito de WASP-121b con una resolución sin precedentes. Al analizar la luz estelar filtrada por la atmósfera del planeta, se identificaron firmas químicas de hierro, sodio e hidrógeno en distintas capas atmosféricas.

Según Leonardo A. dos Santos, coautor del estudio, “el VLT nos permitió sondear tres capas diferentes de la atmósfera del exoplaneta de una sola vez”​. Esto es crucial porque permite rastrear los movimientos de los elementos químicos y reconstruir la circulación atmosférica del planeta en 3D. Además, las observaciones revelaron un sistema de corrientes de viento separadas, algo que jamás se había detectado en otro planeta.

En la capa superior de la atmósfera, los astrónomos identificaron una corriente en chorro ecuatorial, que transporta material con velocidades extremas. Mientras tanto, en niveles más profundos, un segundo flujo mueve gases del lado diurno al nocturno, creando un clima completamente nuevo y desconocido hasta ahora.

¿Qué significa un análisis en 3D?

El término “análisis en 3D” en este estudio no significa que se haya generado una imagen tridimensional de la atmósfera de WASP-121b. En su lugar, hace referencia a la capacidad de distinguir y estudiar diferentes capas atmosféricas mediante espectroscopía de alta resolución.

A diferencia de una imagen tradicional en 3D, que representaría físicamente la atmósfera con volumen y profundidad, este estudio se basa en datos espectrales que permiten inferir información sobre la estructura vertical del planeta. Esta técnica es clave para la exploración exoplanetaria, ya que permite estudiar la composición y dinámica de mundos lejanos sin necesidad de obtener imágenes directas.

Vientos extremos y metal en la atmósfera de WASP-121b

Uno de los hallazgos más impactantes fue la detección de titanio en la atmósfera del exoplaneta. Hasta ahora, este elemento no había sido observado en WASP-121b, lo que indicaba que podría estar oculto en las profundidades atmosféricas.

Según el equipo, “las observaciones también revelaron la presencia de titanio justo debajo de la corriente en chorro”​. Este descubrimiento refuerza la idea de que los compuestos metálicos pueden estar atrapados en ciertas capas atmosféricas y ser transportados por poderosos vientos.

El estudio complementario, publicado en Astronomy & Astrophysics, analizó con mayor detalle la química del titanio en la atmósfera de WASP-121b. Se descubrió que este elemento presenta desplazamientos hacia el azul, lo que indica que está siendo impulsado a gran velocidad en una determinada dirección​.

Estos datos sugieren que la atmósfera del planeta está dominada por dinámicas complejas, con distintas capas que interactúan de manera inesperada. Las simulaciones previas de circulación atmosférica no habían predicho un comportamiento tan diferenciado en los niveles altos y bajos de la atmósfera.

El papel de ESPRESSO en la detección de estos fenómenos

Para lograr este nivel de precisión, los astrónomos utilizaron ESPRESSO, un espectrógrafo de alta resolución instalado en el VLT. En su modo especial de 4 telescopios, ESPRESSO recoge cuatro veces más luz que una unidad individual, lo que permite detectar detalles que de otro modo serían imperceptibles.

Gracias a ESPRESSO, los investigadores pudieron seguir la evolución del viento en la atmósfera de WASP-121b en tiempo real, observando cómo los elementos químicos se desplazaban entre las capas del planeta. Este tipo de medición habría sido imposible con telescopios espaciales, ya que estos no pueden alcanzar la misma resolución espectral​.

Los datos obtenidos en este estudio confirman que las observaciones terrestres siguen siendo esenciales en la exploración de exoplanetas, complementando la información obtenida desde el espacio.

El futuro: del VLT al Extremely Large Telescope (ELT)

Si bien este estudio ha marcado un antes y un después en la caracterización de exoplanetas, los astrónomos ya miran hacia el futuro. Para analizar planetas más pequeños, similares a la Tierra, será necesario contar con telescopios aún más grandes, capaces de captar señales más débiles.

El Extremely Large Telescope (ELT), actualmente en construcción en Chile, será un cambio radical en este campo. Según Bibiana Prinoth, coautora del estudio, “el ELT cambiará las reglas del juego para el estudio de las atmósferas de los exoplanetas”​. Este telescopio permitirá analizar atmósferas exoplanetarias con una precisión sin precedentes, abriendo la puerta a la detección de compuestos clave para la vida.

Mientras tanto, el mapeo en 3D de WASP-121b representa un punto de inflexión en la astrofísica planetaria, demostrando que podemos estudiar el clima de mundos situados a cientos de años luz con un nivel de detalle impensable hasta hace poco.