Vientos extraños revelan los indicios más consolidados hasta la fecha de actividad magnética en exoplanetas

  Reproducción artística de un exoplaneta con campo magnético (Crédito: ESO/M. Kornmesser, L. Calçada)

Un equipo de astrónomos y astrónomas ha encontrado la evidencia más sólida hasta la fecha de que algunos planetas fuera de nuestro Sistema Solar pueden ser magnéticos. Utilizando el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO) y el Telescopio Gemini North, el equipo midió la velocidad del viento en siete exoplanetas muy calientes y similares a Júpiter. Las observaciones revelaron que los vientos en estos planetas probablemente están gobernados por campos magnéticos, proporcionando la primera medición robusta del magnetismo en planetas fuera del Sistema Solar.

"Este avance abre una ventana completamente nueva sobre la investigación de exoplanetas. Es la primera vez que podemos comparar los entornos magnéticos de otros mundos — un paso clave para comprender, en última instancia, qué planetas pueden sobrevivir, conservar su agua e incluso, quizás, algún día, albergar vida tal y como la conocemos", declara Julia Seidel, astrónoma del Laboratorio Lagrange (Observatorio de la Costa Azul, Francia) y autora principal del estudio publicado hoy en Nature Astronomy.

El campo magnético terrestre influye en nuestra atmósfera de formas complejas, de ahí que estudiarlo sea un factor clave para entender qué hace que el planeta se mantenga habitable para la vida. Los campos magnéticos también están presentes en otros planetas del Sistema Solar, como Júpiter y Saturno. Sin embargo, durante los últimos 15 años, nadie ha logrado medir directamente la intensidad de los campos magnéticos de los exoplanetas — hasta ahora.

Sin embargo, el equipo no se propuso medir el campo magnético, sino más bien los vientos. Midieron la velocidad del viento en siete exoplanetas que orbitan diferentes estrellas: gigantes gaseosos como Júpiter, pero cada uno acoplado por marea con su estrella anfitriona y muy cerca de ella. Así como siempre vemos solo un lado de la Luna, estos planetas siempre mantienen una cara hacia la estrella, resultando en un lado diurno abrasador y un lado nocturno helado. Esta diferencia de temperatura crea un clima completamente diferente al de nuestro planeta, con vientos extremadamente fuertes. Las velocidades del viento en su muestra oscilaban entre unos 7200 km/h y más de 25 000 km/h; en comparación, los vientos más rápidos medidos en Júpiter alcanzan velocidades de alrededor de 1500 km/h.

"Al principio nos propusimos comprobar si los vientos atmosféricos se comportaban igual en todos los planetas calientes", explica Seidel, que anteriormente fue astrónoma de ESO en Chile. Para sus mediciones, el equipo utilizó datos del  instrumento ESPRESSO instalado en el VLT de ESO, en el desierto chileno de Atacama, y de un instrumento similar instalado en el Telescopio Gemini North, en Hawái (EE. UU.). (El VLT es un telescopio de ESO, mientras que Gemini North es la mitad del Observatorio Internacional Gemini, parcialmente financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EEE. UU. (NSF) y operado por NSF NOIRLab).

Pero cuando observaron cómo variaban las velocidades del viento con la temperatura del planeta, vieron emerger un patrón muy intrigante: cuanto más caliente es el planeta, más lento es el viento. "Esto es totalmente contraintuitivo porque todo lo demás es igual, los planetas calientes tienen más energía para acelerar los vientos. Debe ocurrir algo que ralentice la velocidad del viento para los objetos más calientes", dice el coautor del estudio, Vivien Parmentier, profesor del Laboratorio Lagrange.

El equipo concluyó que la explicación más consistente para este misterio es la presencia de campos magnéticos a nivel planetario, ya que estos campos pueden actuar como freno, ralentizando el movimiento de partículas cargadas en la atmósfera. Por tanto, los datos les permitieron inferir la intensidad del campo magnético en cada uno de los planetas estudiados. Descubrieron que eran comparables en intensidad a los encontrados en nuestro Sistema Solar: aproximadamente cuatro veces más fuertes que Saturno o aproximadamente la mitad de intensos que los de Júpiter.

Además de a los vientos, los campos magnéticos tan fuertes de estos planetas distante podrían influir en otros aspectos: "Aquí en la Tierra, conocemos la belleza de las luces boreales y australes, donde partículas del Sol impactan en nuestro campo magnético y son guiadas hacia los polos, colisionando con gases de la atmósfera para producir coloridos espectáculos de verde, rosa y púrpura", explica la coautora del estudio, Bibiana Prinoth, antes estudiante de doctorado en la Universidad de Lund (Suecia) y ahora astrónoma de ESO en Garching (Alemania). En los exoplanetas estudiados, las auroras impulsadas magnéticamente podrían ser aún más espectaculares. El equipo espera con ilusión la llegada del ELT (Extremely Large Telescope) de ESO, que ayudará a caracterizar no solo grandes exoplanetas similares a Júpiter, sino también otros más pequeños como la Tierra, posiblemente detectando incluso gases que podrían producir auroras en estos mundos distantes. Prinoth concluye: "Me gusta imaginar que algunos de estos mundos tienen un cielo lleno no solo de estrellas, sino de vastas cortinas de luz colorida que bailan sobre un planeta que está mitad en día perpetuo y mitad en noche interminable".

Información adicional

Esta investigación fue presentada en un artículo que aparecerá en Nature Astronomy (doi: )

El equipo está compuesto por Julia V. Seidel (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ESO Chile]; Universidad Costa Azul, Observatorio de la Costa Azul, CNRS, Laboratorio Lagrange, Francia [Lagrange]); Vivien Parmentier (Lagrange); Bibiana Prinoth (Observatorio de Lund, División de Astrofísica, Departamento de Física, Universidad de Lund, Lund, Suecia [LU]; Thea Hood (Lagrange); Nishil Mehta (Lagrange); Brian Thorsbro (Lagrange, LU); Konstantin Batygin (División de Ciencias Geológicas y Planetarias, Instituto Tecnológico de California, EE.UU.); Tristan Guillot (Lagrange); Ragnar van den Broeck (Lagrange); Florian Debras (IRAP, Universidad de Toulouse, Toulouse, Francia); Daniel D. B. Koll (Escuela de Física, Universidad de Pekín); Thaddeus Komacek (Departamento de Física (Física Atmosférica, Oceánica y Planetaria), Universidad de Oxford, Oxford, Reino Unido [Oxford]); Hayley Beltz (Departamento de Astronomía, Universidad de Maryland, College Park, EE. UU.); Emily Rauscher (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universidad de Michigan, MI, EE.UU.); Lorenzo Pino (INAF - Observatorio Astrofísico de Arcetri, Florencia, Italia); Matteo Brogi (Departamento de Física, Universidad de Ferrara, Ferrara, Italia; INAF – Observatorio Astrofísico de Turín, Turín, Italia); Joost P. Wardenier (Departamento de Física, Instituto Trottier de Investigación en Exoplanetas, Universidad de Montreal, Canadá [iREx]); Jacob L. Bean (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universidad de Chicago, Chicago, EE. UU. [Chicago]); Björn Benneke (iREx y Departamento de Ciencias de la Tierra, Planetarias y Espaciales, Universidad de California, Los Ángeles, CA 90095, EE. UU.); Jean-Michel L. B. Desert (Instituto Anton Pannekoek de Astronomía, Universidad de Ámsterdam, Ámsterdam, Países Bajos); Pablo Drake (Lagrange); Siddharth Gandhi (Departamento de Física , Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido y Centro de Exoplanetas y Habitabilidad, Universidad de Warwick, Coventry, Reino Unido); Mark Hammond (Oxford); David Kasper (Chicago); Michael R. Line (Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio, Universidad Estatal de Arizona, Tempe, EE. UU. [SESE]); Elspeth Lee (Centro para el Espacio y la Habitabilidad, Universidad de Berna, Berna, Suiza); Stefan Pelletier (Observatorio Astronómico de la Universidad de Ginebra, Versoix, Suiza); Andreas Seifahrt (Observatorio Internacional Gemini/NSF NOIRLab, Tucson, EE.UU.; Adrien Simonnin (Lagrange); Peter Smith (SESE) y Kevin B. Stevenson (Laboratorio de Física Aplicada de la JHU, Laurel, EE. UU.).

Reproducción artística de un exoplaneta con campo magnético

Esta ilustración muestra actividad magnética en un exoplaneta. El planeta es un gigante gaseoso como Júpiter, pero está muy cerca de su estrella anfitriona y tiene rotación sincrónica (también conocido como acoplamiento de marea): un lado siempre mira hacia la estrella y está abrasado, mientras que el otro lado es extremadamente frío. Esta fuerte diferencia de temperatura crea vientos rápidos que soplan del lado diurno al lado nocturno. El campo magnético del planeta, mostrado aquí con líneas azules, puede ralentizar estos vientos.

Crédito:

ESO/M. Kornmesser, L. Calçada

Cómo los campos magnéticos gobiernan los vientos en exoplanetas

Este diagrama ilustra cómo los astrónomos y astrónomas pueden inferir la intensidad de los campos magnéticos en exoplanetas a partir de su efecto sobre los vientos de estos planetas.

Los planetas que se muestran aquí son gigantes gaseosos como Júpiter, pero tienen rotación sincrónica (también conocido como acoplamiento de marea): un lado está constantemente mirando hacia la estrella y, por tanto, es mucho más caliente que el otro. Esta diferencia de temperatura impulsa vientos potentes del lado diurno hacia el lado nocturno. Esperamos que estos vientos sean más rápidos en planetas que son más calientes en general, ya que tienen más energía para alimentar los vientos. Esto se muestra en la fila superior del diagrama: el planeta más caliente, a la derecha, tiene vientos más rápidos, indicados aquí con un medidor de velocidad.

Los vientos transportan partículas cargadas —iones y electrones— como un circuito eléctrico gigante del tamaño de un planeta. El campo magnético del planeta disipa la energía de estas partículas, ralentizando el viento. Este efecto es más pronunciado en planetas más calientes: las temperaturas más altas descomponen más moléculas en iones y electrones, haciendo que el viento sea más susceptible a esta resistencia magnética. Esto se muestra en la fila inferior del diagrama, donde el planeta más caliente, a la derecha, acaba teniendo vientos más lentos que el planeta más frío.

Utilizando espectrógrafos, el equipo pudo medir la temperatura y la velocidad del viento en estos exoplanetas. Una tendencia a la disminución de la velocidad del viento con el aumento de la temperatura puede delatar la presencia de campos magnéticos en estos planetas.

Crédito:

ESO/M. Kornmesser, L. Calçada

VIDEOS

Extraños vientos revelan exoplanetas magnéticos | Noticias de ESO

https://www.eso.org/public/chile/videos/eso2606a/

Un equipo de astrónomos y astrónomas han encontrado la evidencia más sólida hasta la fecha de que algunos planetas fuera de nuestro Sistema Solar pueden tener campos magnéticos. Utilizando el Very Large Telescope de ESO y el Telescopio Gemini North, midieron la velocidad del viento en siete exoplanetas muy calientes y similares a Júpiter. Las observaciones muestran que estos vientos probablemente están siendo ralentizados por campos magnéticos. Este vídeo resume el descubrimiento.

Para más detalles, visite: https://www.eso.org/public/spain/news/eso26-Seidel/.

Los medios pueden solicitar una versión de este vídeo sin el texto sobreimpreso enviando un correo electrónico a: press@eso.org

Crédito:

ESO

Directed by: Angelos Tsaousis, Martin Wallner.

Editing: Angelos Tsaousis.

Web and technical support: Raquel Yumi Shida.

Written by:  Margarida Lopes.

Music: Stellardrone - Ultra Deep Field.

Footage and photos: ESO, Luis Calçada, Martin Kornmesser, Gianluca Lombardi, Mahdi Zamani, Stefan Ströbele, NASA, ESA, J. Nichols (University of Leicester), and G. Bacon (STScI).

Acknowledgment: A. Simon (NASA/GSFC) and the OPAL team.

Fact-checking: Paola Amico, Mariya Lyubenova. 

Animación de un exoplaneta con campo magnético

https://www.eso.org/public/chile/videos/eso2606b/

Esta animación muestra actividad magnética en un exoplaneta. El planeta es un gigante gaseoso como Júpiter, pero está muy cerca de su estrella anfitriona y tiene rotación sincrónica (también conocido como acoplamiento de marea): un lado siempre mira hacia la estrella y está abrasado, mientras que el otro lado es extremadamente frío. Esta fuerte diferencia de temperatura crea vientos rápidos que soplan del lado diurno al lado nocturno. El campo magnético del planeta, mostrado aquí con líneas azules, puede ralentizar estos vientos.

Crédito:

ESO/M. Kornmesser, L. Calçada

Cómo los campos magnéticos gobiernan los vientos en exoplanetas

https://www.eso.org/public/chile/videos/eso2606c/

Esta animación ilustra cómo los astrónomos y astrónomas pueden inferir la intensidad de los campos magnéticos en exoplanetas a partir de su efecto sobre los vientos de estos planetas.

Los planetas que se muestran aquí son gigantes gaseosos como Júpiter, pero tienen rotación sincrónica (también conocido como acoplamiento de marea): un lado está constantemente mirando hacia la estrella y, por tanto, es mucho más caliente que el otro. Esta diferencia de temperatura impulsa vientos potentes del lado diurno al lado nocturno. Se espera que estos vientos sean más rápidos en planetas que en general son más calientes, ya que tienen más energía para alimentar los vientos. Esto se muestra al principio de la animación, con la velocidad del viento indicada por un medidor de velocidad.

Los vientos transportan partículas cargadas —iones y electrones— como un circuito eléctrico gigante del tamaño de un planeta. El campo magnético del planeta disipa la energía de estas partículas, ralentizando el viento. Este efecto es más pronunciado en planetas más calientes: las temperaturas más altas descomponen más moléculas en iones y electrones, haciendo que el viento sea más susceptible a esta resistencia magnética. Esto se muestra en la segunda parte de la animación, donde el planeta más caliente, a la derecha, acaba teniendo vientos más lentos que el planeta más frío.

Utilizando espectrógrafos, el equipo pudo medir la temperatura y la velocidad del viento en estos exoplanetas. Una tendencia a la disminución de la velocidad del viento con el aumento de la temperatura puede delatar la presencia de campos magnéticos en estos planetas.

Crédito:

ESO/M. Kornmesser, L. Calçada

Fuente: Observatorio Europeo Austral