Un exoplaneta recién descubierto debe ser considerado el mundo más extraño que hayamos visto jamás en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Se llama PSR J2322-2650b, y todo en él es una auténtica locura. Es un Júpiter caliente que orbita un púlsar de milisegundos, estirado hasta adquirir la forma de un limón por la gravedad de la estrella. Tiene vapor de carbono en su atmósfera y posiblemente un interior dominado por helio, y toda su atmósfera gira a una velocidad desorbitada, en dirección opuesta a la rotación planetaria.
“Fue una sorpresa absoluta”, afirma el astrónomo Peter Gao, del Laboratorio Carnegie de la Tierra y los Planetas. “Recuerdo que, después de obtener los datos, nuestra reacción colectiva fue: ‘¿Qué demonios es esto?'”.
No hay duda de que nuestro Universo es capaz de crear mundos extraños, que van desde atmósferas de algodón de azúcar hasta nubes de metal y lluvia de corindón, pasando por exoplanetas “bala” ultradensos. Aunque a menudo traspasan los límites de lo aparentemente posible, las propiedades y el comportamiento de la mayoría de los mundos pueden comprenderse. El PSR J2322-2650b desafía cualquier explicación sencilla; sus propiedades no encajan con ninguna vía conocida de evolución planetaria.
“Es muy difícil imaginar cómo se obtiene esta composición extremadamente rica en carbono”, afirma el astrónomo Michael Zhang, de la Universidad de Chicago. “Parece descartar cualquier mecanismo de formación conocido”.
Analicémoslo, empezando por la estrella PSR J2322-2650 (igual que el exoplaneta, pero sin la “b” al final), a unos 2055 años luz de distancia. Es un tipo de estrella degenerada conocida como púlsar de milisegundos: una estrella de neutrones con características adicionales.
Una estrella de neutrones por sí sola es bastante extrema, ya que se forma a partir del núcleo ultradenso colapsado de una estrella masiva que murió y se convirtió en supernova. Estos remanentes pueden tener hasta 2,3 veces la masa del Sol, compactados en una esfera de tan solo 20 kilómetros de diámetro.
Las estrellas de neutrones se convierten en púlsares de milisegundos cuando giran a velocidades de milisegundos (apenas 3,46 milisegundos para PSR J2322-2650) mientras emiten potentes rayos de radiación de radio y gamma desde sus polos a intervalos precisos.
Esto condujo al descubrimiento de PSR J2322-2650b en 2017. Los astrónomos notaron que la precisión que esperaban ver en los pulsos de radio de la estrella anfitriona era un poco… errónea. Examinaron la sincronización con atención y rastrearon la perturbación hasta un compañero planetario de masa invisible, de alrededor del 80% de la masa de Júpiter, que orbita el púlsar en una órbita de 7,8 horas.
Ese era todo nuestro conocimiento hasta que el JWST examinó el sistema con más detalle. Dado que el telescopio espacial observa el Universo en longitudes de onda infrarrojas, pero no en los rayos de radio y gamma que emite la estrella, puede ver el exoplaneta con claridad, lo que lo convierte en una excelente oportunidad de observación.
“Este sistema es único porque podemos ver el planeta iluminado por su estrella anfitriona, pero no verla en absoluto”, afirma la astrónoma Maya Beleznay, de la Universidad de Stanford. “Así, obtenemos un espectro realmente prístino. Y podemos estudiar este sistema con mayor detalle que los exoplanetas normales”.
Esto dio lugar a una serie de observaciones sobre las condiciones atmosféricas del mundo, incluida la velocidad y dirección del viento, la temperatura y la composición. Los científicos planetarios tienen una idea aproximada, basada en estudios previos de atmósferas de exoplanetas y conocimientos de química básica, de cómo debería ser la atmósfera de un exoplaneta. Era posible que PSR J2322-2650b, al ser el primer mundo púlsar cuya atmósfera ha sido analizada, presentara algunas rarezas, pero nadie esperaba del todo lo que revelaron las observaciones del JWST.
En primer lugar, debido a la proximidad del exoplaneta a la estrella, su atmósfera se ve atraída por la gravedad de su estrella anfitriona. Esta atmósfera es azotada por la radiación gamma, que la calienta a temperaturas cercanas a los 1630°C, mucho mayores que los 1300 Kelvin que alcanzaría si se calentara únicamente con la luz de las estrellas.
La atmósfera también gira alrededor del exoplaneta en dirección oeste, en sentido opuesto al giro del planeta hacia el este, que está fijado a su órbita alrededor del púlsar.
La composición planetaria es donde todo se vuelve un poco más que extraño, con enormes cantidades de carbono que pueden cristalizarse en lluvia de diamantes a altitudes más bajas.
“Este es un nuevo tipo de atmósfera planetaria que nadie había visto antes”, afirma Zhang. “En lugar de encontrar las moléculas habituales que esperamos encontrar en un exoplaneta, como agua, metano y dióxido de carbono, vimos carbono molecular, concretamente C₃ y C₂”.
Algunas de las respuestas podrían residir en la pregunta: ¿Cómo sobrevive un planeta al colapso del núcleo de la supernova que dio origen a la estrella de neutrones? De hecho, existe una muy buena respuesta. No es así, al menos en el caso de PSR J2322-2650b.
Basándose en sus propiedades, Zhang y sus colegas creen que el exoplaneta podría no haber comenzado como un planeta en absoluto, sino que comenzó su vida como una estrella de helio. Los púlsares, conocidos como viudas negras, se encuentran en sistemas binarios con otras estrellas, a las que devoran lentamente como una araña viuda negra devorando a su pareja. Esta erosión explica el helio en el interior del exoplaneta e incluso el carbono en su atmósfera. Aún así, quedan algunas preguntas.
“A medida que la estrella compañera se enfría, la mezcla de carbono y oxígeno en su interior comienza a cristalizarse”, explica el astrofísico Roger Romani, de la Universidad de Stanford y del Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas y Cosmología.
Los cristales de carbono puro flotan en la superficie y se mezclan con el helio, y eso es lo que vemos. Pero luego algo tiene que ocurrir para mantener alejados el oxígeno y el nitrógeno. Y ahí es donde surge la controversia.
Como el compañero ya no tiene una masa que le permita soportar la fusión de átomos en su núcleo, ya no puede clasificarse como una estrella, ni siquiera como una enana marrón: otra prueba más que difumina las fronteras entre planetas y estrellas.
Es posible que futuras observaciones ayuden a resolver la absoluta extrañeza de un sistema distinto a todo lo que hemos visto antes.
“Es agradable no saberlo todo”, dice Romani. “Tengo muchas ganas de aprender más sobre lo peculiar de esta atmósfera. Es genial tener un rompecabezas que resolver”.
La investigación ha sido publicada en The Astrophysical Journal Letters.
Fuente: Science Alert.
