El Telescopio Espacial James Webb (JWST) es el telescopio más grande en el espacio y está equipado con instrumentos de alta resolución y alta sensibilidad, lo que le permite observar objetos demasiado antiguos, distantes o tenues para el Telescopio Espacial Hubble. Esto posibilita investigaciones en numerosos campos de la astronomía y la cosmología, como la observación de las primeras estrellas y la formación de las primeras galaxias, así como la caracterización atmosférica detallada de exoplanetas potencialmente habitables.
Hoy les traemos el resumen de un artículo científico en el área de astrofísica, sobre las observaciones de exoplanetas que se están llevando a cabo con el JWST. Enlace al artículo en inglés, para aquellos que quieran profundizar en el tema: "Highlights from Exoplanet Observations by the James Webb Space Telescope", por Néstor Espinoza and Marshall Perrin. Publicado el 26 de Mayo del 2025.
El resumen, la transcripción, y la traducción fueron hechas usando herramientas de software de Inteligencia Artificial.
El resumen se presenta en la forma de un diálogo entre dos personajes sintéticos que llamaremos Alicia y Beto.
Resumen
Alicia
Bienvenidos a un nuevo análisis profundo. Hoy nos embarcamos en una misión realmente colosal. Vamos a sintetizar la absoluta explosión de datos que está derramando el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Específicamente, sus hallazgos sobre exoplanetas. ¿Qué, unos dos años y medio ya? Y las conclusiones son simplemente asombrosas.
Por NASA/JPL-Caltech - https://exoplanets.nasa.gov/resources/2147/exoplanet-missions/, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=154010974
Beto
“Asombrosas” es la palabra justa. No estamos solo refinando números antiguos. Estamos reescribiendo fundamentalmente nuestros modelos de cómo se forman los planetas. JWST lo está demostrando una y otra vez: los planetas de nuestro propio sistema solar son valores atípicos estadísticos. El nivel de detalle es, simplemente, sin precedentes.
Alicia
Se ve en cómo se está usando el telescopio, ¿no? Las observaciones de exoplanetas ocupan algo así como el 30% de todo el tiempo científico de JWST.
Beto
Oh sí. Es un impulsor científico clave para todo el observatorio.
Alicia
¿Y cómo lo hace? ¿Qué le permite al JWST obtener este tipo de detalle químico y físico?
Beto
Bueno, en realidad se reduce a dos maneras principales de observar estos planetas. Primero, para mundos que orbitan muy cerca de sus estrellas, usamos lo que se llama "Series Temporales de Exoplanetas en Tránsito" ("Transient Exoplanet Time Series").
Alicia
Vale, ese es el método clásico.
Beto
Básicamente te quedas mirando la estrella y esperas a que el planeta pase por delante de ella. Eso es un "tránsito", o que pase detrás y sea un "eclipse". Esas pequeñas, pequeñas caídas de luz, especialmente en el infrarrojo donde brilla JWST, nos permiten desmenuzar la atmósfera, capa por capa.
Tránsito de exoplanetas
fuente: https://science.nasa.gov/exoplanets/whats-a-transit/
Alicia
Ese es el recurso para los júpiteres calientes. Pero ¿y los sistemas donde el planeta está mucho más lejos? Los jóvenes que todavía brillan por su calor.
Beto
Para esos necesitas la segunda técnica: imagen y espectroscopía de alto contraste. Aquí no buscas una caída de luz. Intentas resolver el planeta como su propio puntito de luz justo al lado de su estrella abrumadoramente brillante.
Espectroscopía de exoplanetas
fuente: https://science.nasa.gov/asset/webb/reading-an-earth-like-exoplanets-transmission-spectrum/
Alicia
Lo que suena casi imposible.
Beto
Es increíblemente difícil. Tienes que usar coronógrafos y la extrema estabilidad del telescopio para obtener una relación de contraste de quizá una parte en 100,000. Eso es como detectar una luciérnaga junto a un faro desde 100 millas de distancia. JWST es el único instrumento que actualmente puede hacer esto.
Los Gigantes Gaseosos
Alicia
Bien, entremos en estos avances. Vamos a subir por la escalera empezando por los objetivos más grandes y, supongo, los más fáciles: los gigantes gaseosos.
Beto
Correcto, gigantes gaseosos. Planetas de, digamos, 10 masas terrestres en adelante, siempre nos han dado la mejor relación señal/ruido. Pero con JWST vamos más allá de solo listar moléculas. Estamos midiendo inventarios químicos precisos e incluso estructuras atmosféricas 3D.
Alicia
Y los primeros programas de ciencia temprana lo demostraron desde el principio. Hubo dos grandes ejemplos, ambos con temperaturas parecidas, alrededor de 1200 Kelvin, pero planetas totalmente diferentes.
Beto
Exacto. Primero tienes el mundo en tránsito, WASP-39b. Tiene una masa parecida a la de Saturno. Y este planeta nos dio la primera detección inequívoca de dióxido de carbono, CO2, en la atmósfera de un exoplaneta.
WASP-39b
Alicia
Lo cual es enorme porque la cantidad de CO2 te permite acotar la metalicidad del planeta.
Beto
Precisamente. Permitió a los científicos fijar la metalicidad en unas 10 veces la del Sol.
Alicia
Un factor de 10. ¿Qué te dice eso sobre la historia del planeta?
Beto
Oh, habla a gritos de dónde se formó. Esa alta metalicidad sugiere fuertemente que el planeta devoró una enorme cantidad de sólidos rocosos o helados cuando se estaba formando. Así que probablemente se formó muy lejos en su sistema, quizá más allá de la línea de hielo, y luego migró hacia dentro.
Alicia
Y WASP-39b tuvo otro primer logro, ¿no? Algo sobre la química.
Beto
Sí. La detección de dióxido de azufre, SO2. Y el SO2. es un subproducto de procesos fotoquímicos, cuando la luz estelar rompe otras moléculas. Esto es monumental. Es la primera vez que hemos podido acotar química atmosférica real que ocurre fuera de nuestro propio sistema solar. Estamos haciendo química a cientos de años luz de distancia.
Alicia
Asombroso. Ahora contrastémoslo con el otro, el directamente imagenado super gigante VHS 1256b. Este es enorme y joven.
Beto
Y lo que VHS 1256b nos mostró fue genuinamente revolucionario. Su espectro tenía tanto metano, CH4, como monóxido de carbono, CO, clave, al mismo tiempo.
Alicia
Y eso no debería ocurrir.
Beto
No en equilibrio. En un planeta tan caliente no deberías ver ambos juntos. Su presencia significa que la atmósfera está en disequilibrio. Los gases están siendo removidos agresivamente desde el interior profundo.
Alicia
Y hablando de cosas en la atmósfera, ahora también estamos obteniendo la composición de las nubes.
Beto
Lo estamos haciendo. Para VHS 1256b, esas longitudes de onda más largas nos dieron una fuerte detección de nubes de sílice. Literalmente estamos viendo rocas, minerales basados en silicio, condensarse y llover desde el cielo.
Alicia
Los detalles sobre la física interna son simplemente impresionantes. Como el mundo de masa tipo Neptuno, WASP-107b. Ese reveló mucho sobre su motor interno.
WASP-107b
Beto
Mostró un agotamiento del metano de tres órdenes de magnitud, que es muchísimo. Señala una mezcla vertical extraordinariamente vigorosa. En lenguaje sencillo: la atmósfera está revolviéndose violentamente, tirando gas desde el interior profundo y caliente hasta la cima. Y esa mezcla requiere una fuente interna de calor masiva, que pensamos que es calentamiento por marea debido a su órbita elíptica.
Alicia
Así que no solo estamos viendo qué hay; estamos midiendo la física del núcleo del planeta. Y también empezamos a anclar los presupuestos elementales.
Beto
Sí, exactamente. La historia del azufre continúa con HD 197333 b. Ese nos dio la primera detección sólida de sulfuro de hidrógeno, H2S. Este es un descubrimiento crítico porque, a diferencia de ese efímero SO2, el sulfuro de hidrógeno es bastante estable. Actúa como un ancla que nos ayuda a averiguar la abundancia total intrínseca de azufre del planeta, una pieza clave de su receta de formación.
HD 197333 b
Alicia
Realmente da la sensación de que hemos pasado de una visión plana y promedio de un gigante gaseoso a algo dinámico y tridimensional.
Beto
Es la manera perfecta de decirlo. La increíble estabilidad de JWST finalmente nos está permitiendo mapear atmósferas a través de longitud, latitud y profundidad. Ya no son solo puntos de luz.
Alicia
La primera curva de fase completa midiendo luz de toda la órbita fue para el ultra-júpiter caliente WASP-121b.
WASP-121b
Beto
Y la precisión ahí es una locura. Los datos eran tan buenos que los investigadores literalmente pudieron ver el débil resplandor del lado nocturno a simple vista en los datos en bruto, sin corregir. La curva también fue lo suficientemente precisa como para medir la curva de velocidad radial, lo que nos dio nuestras primeras pistas reales sobre la velocidad y dirección de los vientos planetarios.
Alicia
Y luego, WASP-43b nos permitió combinar ese tiempo con espectroscopía resuelta en fase.
WASP-43b
Beto
Exacto, y ahí es donde ves esa química en disequilibrio en acción. WASP-43b tenía fuertes rasgos de agua en todas partes, pero cuando miraron el lado nocturno no encontraron evidencia del metano que esperaban ver. En el lado nocturno más frío debería formarse metano. El hecho de que no esté ahí confirma que la circulación global está mezclando las cosas demasiado rápido para que se forme.
Alicia
Pero el máximo de este mapeo 3D hasta ahora tiene que ser el primer mapa 2D real.
Beto
Absolutamente. Usando la técnica de mapeo por eclipse, también en WASP-43b, los científicos crearon el primer mapa 2D de un exoplaneta. Mostró diferencias de temperatura en longitud y latitud. Les permitió finalmente probar modelos que predicen cómo se mueve el calor del ecuador a los polos. Antes no podíamos probar eso.
Los Sub-Neptunos
Alicia
Increíble. Bien, estamos controlando a los gigantes, pero nuestro sistema solar no nos prepara en absoluto para la categoría más común de planeta allá afuera: las sub-neptunos. Estos son mundos entre, ¿qué? Entre una y cuatro radios terrestres, no tenemos nada como ellos. Son el verdadero enigma cósmico.
Beto
Son el tipo de planeta más abundante de la galaxia y, sin embargo, desafían totalmente nuestra intuición. JWST está intentando averiguar qué son siquiera. ¿Son mini gigantes gaseosos? ¿Mundos de agua? ¿Algo completamente nuevo?
Alicia
Empecemos con el famoso, GJ-1214-b. Fue un misterio desde los días de Hubble porque su espectro era totalmente plano, sin rasgos. ¿Qué encontró JWST?
GJ-1214-b
Beto
JWST confirmó que tiene nubes de gran altitud, muy reflectantes, un albedo alto, alrededor de 0.5. Pero la composición es la sorpresa. El análisis sugiere una metalicidad, posiblemente un exceso de 1,000 veces la del Sol.
Alicia
Mil veces. Así que eso no es una atmósfera de hidrógeno con unas pocas impurezas.
Beto
Exacto. Eso la convierte en una atmósfera dominada por metales. Es tan densa, tan contaminada, que ni siquiera es una atmósfera de gigante gaseoso tal como la definimos. Es más como una sopa metálica. Está completamente fuera de nuestro pensamiento basado en el sistema solar.
Alicia
Luego tienes la que todo el mundo comenta: la sub-Neptuno templada K2-18b. Esta tiene alrededor de 284 Kelvin, así que está potencialmente en la zona habitable.
K2-18b
Zona habitable
Beto
Correcto. K2-18b mostró detecciones claras de metano y señales de CO2. Y luego hubo esas indicaciones tentativas, y debo enfatizar, muy debatidas, de dimetil sulfuro o DMS.
Alicia
La molécula que en la Tierra solo la produce la vida.
Beto
Correcto. El gran debate para K2-18b es: ¿es solo un mini-Neptuno, o podría ser un mundo con alta franja, una atmósfera rica en hidrógeno sobre un océano profundo de agua líquida?
Alicia
Otro que definió una categoría es TOI-270 d.
TOI-270 d
Beto
Su espectro también está repleto de rasgos: metano, CO2. Pero cuando los investigadores calcularon su peso molecular medio, fue de alrededor de 5.47, eso es mucho más alto que Neptuno, que está en torno a 2.6. Y esto llevó a un concepto completamente nuevo: el envoltorio-misible sub-Neptuno.
Alicia
Un envoltorio-misible ("miscible-envelope"). ¿Qué implica eso?
Beto
Sugiere que la atmósfera no está ordenada en capas limpias, hidrógeno arriba, cosas pesadas abajo. En vez de eso, el hidrógeno y las moléculas de peso molecular alto, modelos como agua u otros gases pesados, están mezclados perfectamente a lo largo de todo el envoltorio. Es un híbrido verdadero. Puentea la brecha entre mundos rocosos y gaseosos.
Alicia
Y tenemos un ancla para esto con LHS 1140 b, que está en la zona habitable de una enana M.
LHS 1140 b
Beto
Sí, y los estudios sobre ese mostraron que es improbable que tenga una atmósfera masiva y esponjosa dominada por hidrógeno. Eso es crucial para la búsqueda de zonas habitables, porque favorece una atmósfera mucho más pesada como vapor de agua o CO2, o quizá un interior mixto de roca y volátiles. Hace que una superficie rocosa verdaderamente terrestre sea más plausible.
Mundos Rocosos
Alicia
Hablando de superficies rocosas, terminemos con el desafío más difícil de todos. Mundos rocosos. Aquí las señales son simplemente diminutas, y solo estamos intentando ver si pueden retener alguna atmósfera.
Beto
Esta es la frontera. Estamos tratando de encontrar la versión exoplanetaria de la Tierra, o Venus, o Marte. Las señales son solo decenas a cientos de partes por millón. Una fracción increíblemente pequeña de la luz estelar.
Alicia
Empecemos con la extrema: el mundo de lava 55 Cancri-e, un super-Tierra ultra-caliente. Siempre fue conocido por ser extrañamente variable.
Beto
Y JWST confirmó esa variabilidad con creces. La emisión del planeta varió fuertemente a lo largo de cinco visitas diferentes. Esto sugiere que el planeta tiene una atmósfera secundaria rica en volátiles, probablemente CO y CO2. Y es probable que esté sostenida por emisiones estocásticas de un océano de magma. Básicamente, su superficie está constantemente en erupción y refrescando el aire.
Alicia
Mientras tanto, el sistema Trappist-1 sigue siendo un foco enorme. 400 horas de tiempo de telescopio. ¿Qué hemos aprendido sobre el planeta más interior? Trappist-1b.
Sistema Trappist-1
Beto
MIRI detectó calor de él. La emisión térmica fue tan fuerte que sugiere o bien una roca desnuda o una atmósfera extremadamente delgada. Básicamente, es consistente con una superficie rocosa seca y ultra-magnética. Está simplemente demasiado cerca de su estrella.
Alicia
Y la siguiente, Trappist-1c.
Beto
Los datos allí descartan una atmósfera gruesa tipo Venus. Pero las atmósferas delgadas, quizá de 0.1 a 10 bar de CO2 o agua, o incluso oxígeno, siguen estando sobre la mesa.
Alicia
Pero para todo este sistema, el gran obstáculo es la propia estrella, el efecto de la fuente de luz del tránsito, el problema TLS ("Transit Light-Source Effect").
Beto
Ese es el verdadero desafío técnico. Estos planetas diminutos orbitan pequeñas estrellas frías, enanas M. Y esas estrellas están cubiertas de enormes manchas estelares. Esas manchas distorsionan severamente las señales atmosféricas diminutas que buscamos. Hace que sea casi imposible saber si estás viendo una molécula en la atmósfera o si simplemente la estrella te está guiñando.
Alicia
Pero a pesar de eso, estamos logrando poner a prueba la idea de la línea costera cósmica, la frontera que divide los planetas que mantienen su aire de los que lo pierden.
Beto
Y los primeros resultados apoyan la teoría de la línea costera. Para varios planetas fuertemente irradiados, como GJ 1132 b y GJ 486 b, los datos de MRI son incompatibles con atmósferas gruesas. Favorecen rocas desnudas. Están demasiado cerca. Perdieron su atmósfera primordial.
Alicia
Pero hay esas pistas tantalizadoras de atmósferas que se están reponiendo.
Beto
Sí, L98-59 b y L98-59 d muestran indicios tentativos de atmósferas ricas en azufre, SO2 o H2S. Ahora bien, dado que L98-59 b está tan cerca de su estrella, cualquier atmósfera de SO2 sería destruida en unos 10 millones de años. Así que la única manera de sostenerla durante miles de millones de años es mediante un degasado volcánico rápido. El planeta está, esencialmente, bombeando su propio aire nuevo constantemente.
El Observatorio de Mundos Habitables
Alicia
Así que realmente hemos visto a JWST mover la planetología de solo medir propiedades totales a mapear estructuras 3D, hacer química real y probar los límites absolutos de la habitabilidad. Este trabajo fundacional sobre gigantes gaseosos, mundos rocosos y, especialmente, estos diversos sub-neptunos, está preparando el terreno para lo siguiente grande: el observatorio de mundos habitables ("Habitable Worlds Observatory", HWO, portal, video, libro).
Mundos potencialmente habitables
fuente: https://phl.upr.edu/hwc
Conclusión
Beto
Lo está haciendo, y si hay una gran conclusión, es que ya no podemos usar nuestro sistema solar como plantilla. Simplemente no es representativo. Las sub-neptunos son los planetas más comunes, y aún así desafían totalmente nuestra intuición. Sus estructuras, desde sopas metálicas hasta esos envoltorios hidrógeno-miscibles, están cambiando fundamentalmente nuestra definición de lo que un planeta puede ser.
Alicia
Y eso nos deja con la pregunta definitiva para que la pienses: si el tipo de planeta más abundante en el universo es uno que se sitúa en algún punto entre la Tierra y Neptuno, ¿con qué frecuencia esos mundos extraños y comunes albergan condiciones para la vida que ni siquiera hemos empezado a imaginar?
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