Un equip internacional d’astrònoms ha analitzat les observacions d’arxiu de 25 Júpiters calents per part del telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA, cosa que els ha permès respondre cinc preguntes obertes importants per a la nostra comprensió de les atmosferes dels exoplanetes. Entre altres troballes, l’equip va trobar que la presència d’òxids i hidrurs metàl·lics a les atmosferes més calentes dels exoplanetes estava clarament correlacionada amb la inversió tèrmica de les atmosferes.
El camp de la ciència dels exoplanetes fa temps que ha canviat el seu enfocament de la detecció només a la caracterització, tot i que la caracterització continua sent extremadament difícil. Fins ara, la major part de la investigació sobre caracterització s’ha dirigit a la modelització, o estudis centrats en un o uns quants exoplanetes. Aquest nou treball, dirigit per investigadors de la University College London (UCL), va utilitzar la major quantitat de dades d’arxiu examinades mai en una sola enquesta d’atmosfera d’exoplanetes per analitzar les atmosferes de 25 exoplanetes. La majoria de les dades provenien d’observacions realitzades amb el telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA. L’autor principal, Quentin Changeat, explica: “El Hubble va permetre la caracterització en profunditat de 25 exoplanetes, i la quantitat d’informació que vam aprendre sobre la seva química i formació, gràcies a una dècada d’intenses campanyes d’observació, és increïble”.
L’equip científic va intentar trobar respostes a cinc preguntes obertes sobre les atmosferes dels exoplanetes, un objectiu ambiciós que van aconseguir assolir. Les seves preguntes van investigar què ens poden dir H– i certs metalls sobre la química i la circulació de les atmosferes dels exoplanetes i sobre la formació dels planetes. Van optar per investigar una àmplia gamma de Júpiters calents, amb la intenció d’identificar tendències dins de la seva població mostra que podrien proporcionar informació sobre les atmosferes dels exoplanetes de manera més general. El colíder de l’estudi, Billy Edwards de la UCL i el Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) va dir: “El nostre article marca un punt d’inflexió per al camp: ara estem passant de la caracterització d’atmosferes individuals d’exoplanetes a la caracterització de poblacions atmosfèriques”.
Per investigar la seva mostra de 25 exoplanetes, l’equip va tornar a analitzar una enorme quantitat de dades d’arxiu, que consistien en 600 hores d’observacions del Hubble, que van complementar amb més de 400 hores d’observacions del telescopi espacial Spitzer. Les seves dades contenien eclipsis dels 25 exoplanetes i trànsits de 17 d’ells. Un eclipsi es produeix quan un exoplaneta passa per darrere de la seva estrella vista des de la Terra, i un trànsit es produeix quan un planeta passa per davant de la seva estrella. Les dades d’eclipsi i de trànsit poden proporcionar informació crucial sobre l’atmosfera d’un exoplaneta.
L’enquesta a gran escala va donar resultats, amb l’equip capaç d’identificar algunes tendències i correlacions clares entre les constitucions atmosfèriques dels exoplanetes i el comportament observat. Algunes de les seves troballes clau estan relacionades amb la presència o absència d’inversions tèrmiques a les atmosferes de la seva mostra d’exoplaneta. Van trobar que gairebé tots els exoplanetes amb una atmosfera tèrmicament invertida eren extremadament calents, amb temperatures superiors als 2000 Kelvins. És important destacar que això és prou calent perquè les espècies metàl·liques TiO (òxid de titani), VO (òxid de vanadi) i FeH (hidrur de ferro) siguin estables a l’atmosfera. Dels exoplanetes que presenten inversions tèrmiques, es va trobar que gairebé tots tenien H–, TiO, VO o FeH a les seves atmosferes.
Sempre és difícil extreure inferències d’aquests resultats, perquè la correlació no necessàriament és igual a la causalitat. Tanmateix, l’equip va ser capaç de proposar un argument convincent per què la presència de H–, TiO, VO o FeH podria conduir a una inversió tèrmica, és a dir, que totes aquestes espècies metàl·liques són absorbents molt eficients de la llum estel·lar. Pot ser que les atmosferes dels exoplanetes prou calentes per mantenir aquestes espècies tendeixin a invertir-se tèrmicament perquè després absorbeixen tanta llum estel·lar que les seves atmosferes superiors s’escalfen encara més. Per contra, l’equip també va trobar que els Júpiters calents més freds (amb temperatures inferiors a 2000 Kelvin i, per tant, sense H–, TiO, VO o FeH a les seves atmosferes) gairebé mai tenien atmosferes invertides tèrmicament.
Un aspecte important d’aquesta investigació va ser que l’equip va poder utilitzar una gran mostra d’exoplanetes i una quantitat extremadament gran de dades per determinar tendències, que es poden utilitzar per predir el comportament d’altres exoplanetes. Això és extremadament útil, perquè proporciona una visió de com es poden formar els planetes, i també perquè permet que altres astrònoms planifiquen de manera més eficaç les observacions futures. Per contra, si un article estudia un sol exoplaneta amb gran detall, tot i que això és valuós, és molt més difícil extrapolar-ne tendències. Una millor comprensió de les poblacions d’exoplanetes també ens podria apropar a resoldre els misteris oberts sobre el nostre propi Sistema Solar. Com diu Changeat: “Molts temes com els orígens de l’aigua a la Terra, la formació de la Lluna i les diferents històries evolutives de la Terra i Mart, encara estan sense resoldre malgrat la nostra capacitat d’obtenir mesures in situ. Els grans estudis de població d’exoplanetes, com el que presentem aquí, tenen com a objectiu entendre aquests processos generals”.
