Detectan por primera vez una atmósfera en un exoplaneta rocoso cubierto por un océano de magma
Durante años se creyó que los exoplanetas rocosos abrasados por su estrella no podían retener aire alguno. Ahora, el telescopio espacial James Webb ha encontrado la prueba más sólida hasta la fecha de una atmósfera espesa sobre un mundo de lava situado fuera del Sistema Solar.
Por Enrique Coperías
Recreación artística de la superficie de TOI-561 b, una supertierra ultracaliente situada a menos de un millón de kilómetros de su estrella. El planeta estaría cubierto por un océano global de magma, con ríos de roca fundida bajo un cielo dominado por el disco abrasador de su sol, mientras una atmósfera espesa de gases calientes amortigua parcialmente el calor extremo. Crédito: IA-DALL-E-RexMolón-Producciones
Los astrónomos han dado por sentado que los planetas rocosos extremadamente cercanos a sus estrellas están condenados a quedarse desnudos, reducidos a un núcleo de roca incandescente sin rastro de atmósfera. La lógica parecía implacable: una radiación estelar feroz, miles de grados en la superficie y miles de millones de años de bombardeo energético bastarían para arrancar cualquier gas.
Sin embargo, un nuevo estudio basado en observaciones del telescopio espacial James Webb pone en cuestión esa certeza. Por primera vez, los científicos han encontrado pruebas sólidas de la existencia de una atmósfera espesa en un exoplaneta rocoso ultracaliente, situado fuera de nuestro sistema solar y con un océano global de magma en su superficie.
El planeta se llama TOI-561 b y pertenece a una clase extrema conocida como supertierras de ultracortoperiodo. Son mundos algo mayores que la Tierra que completan una órbita en menos de un día. En el caso de TOI-561 b, un año dura apenas diez horas y media. Está tan cerca de su estrella que su hemisferio diurno alcanza temperaturas suficientes para fundir las rocas. Durante mucho tiempo se pensó que estos mundos de lava no podían conservar atmósferas: cualquier gas se evaporaría y escaparía al espacio en tiempos relativamente cortos.
James Webb observa gases en TOI-561 b, una supertierra ultracaliente
La sorpresa llegó cuando el James Webb observó el planeta mientras pasaba por detrás de su estrella, un fenómeno conocido como eclipse secundario. Al medir la ligera caída de luz infrarroja durante ese instante, los investigadores pudieron aislar la emisión térmica del planeta y reconstruir su espectro entre 3 y 5 micras. Lo que encontraron no encajaba con la imagen de una superficie desnuda de roca fundida.
Si TOI-561 b fuera un mundo sin atmósfera, su cara diurna debería alcanzar temperaturas cercanas a los 2.725 °C. Sin embargo, las observaciones muestran que emite mucha menos energía de la esperada. Su temperatura aparente ronda los 1525 ºC-1.826 °C, una diferencia demasiado grande para explicarla solo con errores de medida. Algo está amortiguando el calor.
🗣️ «Realmente necesitamos una atmósfera espesa y rica en volátiles para explicar todas las observaciones. Los vientos intensos enfriarían el hemisferio diurno al transportar el calor hacia el lado nocturno», explica Anjali Piette, coautora del estudio en la Universidad de Birmingham.
TOI-561 orbita a una estrella con 10.000 millones de años
La explicación más coherente es la presencia de una atmósfera espesa, rica en compuestos volátiles, que envuelve el planeta como una suerte de manta térmica. Esta envoltura gaseosa absorbe y redistribuye la energía, enfría el hemisferio diurno y transporta parte del calor hacia la cara nocturna. No se trata de una atmósfera ligera de hidrógeno y helio, como las de los gigantes gaseosos, sino de gases más pesados: vapor de agua, oxígeno, dióxido de carbono u otros compuestos liberados desde el interior del planeta.
«Gases como el vapor de agua absorberían algunas longitudes de onda de la luz infrarroja cercana emitida por la superficie antes de que atraviese toda la atmósfer —dice Piette. Y añade—: El planeta parecería más frío porque el telescopio detecta menos luz, pero también es posible que existan nubes brillantes de silicatos que enfríen la atmósfera al reflejar la luz de la estrella».
El hallazgo resulta aún más llamativo si se tiene en cuenta la edad del sistema. La estrella de TOI-561 pertenece al disco grueso de la Vía Láctea y tiene unos 10.000 millones de años. Es decir, este planeta ha soportado durante un tiempo comparable a la edad del Sol una radiación extrema sin perder su envoltura gaseosa. Esto contradice la idea ampliamente aceptada de que los planetas pequeños y muy irradiados quedan inevitablemente despojados de su atmósfera.
Concepto artístico de la supertierra TOI-561 b, un exoplaneta rocoso ultracaliente observado por el telescopio espacial James Webb, que podría estar cubierto por un océano global de magma y envuelto en una atmósfera espesa de gases. Las nuevas observaciones sugieren que, pese a su cercanía extrema a su estrella, este mundo ha logrado conservar una envoltura atmosférica durante miles de millones de años. Cortesía: NASA/STScI
Un exoplaneta con una hinchazón causada por gases
Además, TOI-561 b tiene una densidad anormalmente baja para un planeta rocoso. Con poco más de dos veces la masa de la Tierra, su densidad es alrededor de un 30% menor de lo esperado para una composición típica de hierro y silicatos. Esa hinchazón solo se explica si el planeta conserva una capa significativa de gases, que aumenta su radio aparente. La nueva detección atmosférica encaja así con las pistas indirectas que ya ofrecían los datos de masa y tamaño.
🗣️ «Lo que realmente distingue a este planeta es su densidad anormalmente baja. Es menos denso de lo que cabría esperar si tuviera una composición similar a la de la Tierra», subraya Johanna Teske, autora principal del trabajo y científica del Carnegie Science Earth and Planets Laboratory.
Los científicos compararon las observaciones con distintos modelos teóricos. Un planeta sin atmósfera —o con una envoltura mínima de vapor de roca— no logra reproducir el espectro medido por el James Webb. En cambio, los modelos con atmósferas ricas en volátiles sí encajan con los datos. Aunque el espectro no muestra todavía huellas químicas claras —las señales son extremadamente débiles—, la forma general de la emisión térmica apunta con fuerza a la presencia de una atmósfera gruesa.
«TOI-561 b es diferente del resto de los planetas de periodo ultracorto, porque orbita una estrella muy antigua y pobre en hierro —el doble de vieja que nuestro sol— situada en una región de la Vía Láctea conocida como el disco grueso. Debió de formarse en un entorno químico muy distinto al de los planetas de nuestro sistema solar», añade Teske.
TOI-561 b está cubierto por un océano global de magma
El escenario más sugerente es el de un planeta cubierto por un océano global de magma, sobre el que flota una densa capa de gases liberados desde el interior. En estas condiciones extremas, el manto fundido puede actuar como un enorme reservorio de volátiles. A medida que los gases se pierden hacia el espacio, el magma los repone, manteniendo la atmósfera durante miles de millones de años. Es un equilibrio dinámico que apenas empieza a explorarse en la teoría planetaria.
🗣️ «Creemos que existe un equilibrio entre el océano de magma y la atmósfera. Mientras los gases salen del planeta y alimentan la atmósfera, el océano de magma los reabsorbe hacia el interior», explica Tim Lichtenberg, coautor del estudio en la Universidad de Groningen (Países Bajos).
Este resultado tiene implicaciones profundas para la ciencia de los exoplanetas. Hasta ahora, muchos modelos asumían una frontera relativamente clara —la llamada línea costera cósmica— que separa los planetas capaces de conservar atmósfera de aquellos que no. TOI-561 b se sitúa claramente al otro lado de esa frontera: según las reglas clásicas, no debería tener atmósfera. Y sin embargo la tiene.
«Para explicar las observaciones, este planeta debe ser mucho, mucho más rico en volátiles que la Tierra. Es, literalmente, como una bola de lava húmeda», resume Lichtenberg.
Ilustración artística de TOI-561 b y su estrella anfitriona, una supertierra que completa una órbita en menos de 11 horas y recibe una radiación extrema. Cortesía: NASA/STScI
Por qué este hallazgo cambia lo que sabíamos sobre los planetas rocosos
El descubrimiento obliga a repensar cómo interactúan la atmósfera y el interior de los planetas rocosos. También sugiere que los mundos ultracalientes, lejos de ser simples bolas de roca abrasadas, pueden ser laboratorios naturales para estudiar procesos geofísicos extremos: océanos de magma, intercambio químico entre el interior y la atmósfera, y mecanismos de escape atmosférico más complejos de lo que se creía.
Aunque este planeta no tiene ninguna posibilidad de albergar vida tal y como la conocemos, su estudio ayuda a entender mejor el abanico de mundos rocosos del universo. Y, por extensión, a contextualizar a la Tierra, un planeta templado con una atmósfera estable que, a la luz de estos resultados, parece menos común de lo que pensábamos, pero también parte de una familia planetaria mucho más diversa y dinámica.
En los próximos años, los astrónomos esperan observar otros mundos similares con el James Webb y futuros telescopios. Si TOI-561 b no es una excepción, sino un ejemplo de una población más amplia de supertierras ultracalientes con atmósfera, la imagen que tenemos de los planetas rocosos cambiará de forma profunda. Incluso en los entornos más extremos, el universo parece encontrar la manera de conservar capas de aire sobre océanos de fuego.▪️
Información facilitada por la Universidad de Birmingham
Fuente: Johanna K. Teske et al. A Thick Volatile Atmosphere on the Ultrahot Super-Earth TOI-561 b. The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ae0a4c
