El James Webb traza el primer mapa 3D de la atmósfera abrasadora de un exoplaneta gigante
El James Webb ha logrado una hazaña sin precedentes: cartografiar en tres dimensiones la atmósfera de un planeta gigante fuera del Sistema Solar. El exoplaneta WASP-18b, un Júpiter ultracaliente, nos muestra un infierno de gases, vientos y campos magnéticos bajo el ojo infrarrojo del telescopio espacial.
Por Enrique Coperías
Por primera vez, la NASA ha obtenido una imagen 3D del clima extremo de un planeta fuera del Sistema Solar. El James Webb ha trazado el mapa térmico de WASP-18b, un gigante gaseoso tan abrasador que sus nubes podrían estar hechas de metal. Sobre estas líneas, ilustración del exoplaneta y su sol. Cortesía: NASA/GSFC
El telescopio espacial James Webb ha logrado algo que hasta hace poco parecía inalcanzable: observar con detalle tridimensional la atmósfera de un exoplaneta fuera del Sistema Solar. Gracias a una nueva técnica de cartografía de eclipses espectroscópica, un equipo internacional ha reconstruido la distribución de temperaturas y gases de WASP-18b, un Júpiter ultracaliente que orbita tan cerca de su estrella que un año dura menos de un día terrestre.
El hallazgo, publicado en la revista Nature Astronomy, supone un salto en la forma de estudiar mundos lejanos. Por primera vez se han distinguido variaciones de temperatura y composición atmosférica tanto en la horizontal, o sea, de un punto a otro del hemisferio diurno, como en la vertical, en diferentes capas de la atmósfera. Es una especie de tomografía planetaria que abre la puerta a estudiar cómo funcionan los climas extremos de estos gigantes gaseosos abrasadores.
«Esta técnica es realmente la única que puede explorar las tres dimensiones al mismo tiempo: latitud, longitud y altitud. Esto nos ofrece un nivel de detalle mucho mayor del que nunca habíamos tenido para estudiar estos cuerpos celestes», explica Megan Weiner Mansfield, profesora de Astronomía en la Universidad de Maryland y una de las autoras principales del trabajo.
Un horno celeste llamado WASP-18b
WASP-18b fue descubierto en 2009, y es uno de los planetas más extremos conocidos. Tiene una masa diez veces mayor que la de Júpiter y gira en torno a su estrella a solo 3,5 millones de kilómetros de distancia, esto es, unas cincuenta veces más cerca que la Tierra del Sol.
La temperatura en su lado diurno alcanza los 3.200 kelvin, más de 2.900 ºC, suficiente para vaporizar hierro. Su noche, en cambio, permanece oculta tras un velo de gases ionizados y posiblemente nubes metálicas.
Los Jupíteres ultracalientes, son auténticos laboratorios de física planetaria. Reciben tal torrente de radiación estelar que las moléculas se rompen y recombinan constantemente, generando vientos supersónicos y atmósferas químicamente exóticas. Hasta ahora, sin embargo, los telescopios solo habían podido analizar la luz promedio del hemisferio visible, una mezcla borrosa sin distinguir zonas más frías o calientes.
El eclipse como escáner tridimensional
El James Webb, con su sensibilidad sin precedentes, ha cambiado el juego. El equipo liderado por Mansfield y Ryan Challener, de la Universidad de Cornell, aprovechó un fenómeno clave: el eclipse secundario, cuando el exoplaneta pasa por detrás de su estrella. Durante esos minutos, el brillo del sistema disminuye ligeramente al desaparecer la luz térmica del planeta, y ese descenso, analizado a distintas longitudes de onda, permite inferir qué regiones del hemisferio diurno emiten más o menos radiación.
🗣️ «La cartografía de eclipses nos permite obtener imágenes de exoplanetas que no podemos ver directamente, porque sus estrellas anfitrionas son demasiado brillantes —comenta Challener, investigador del Departamento de Astronomía de Cornell. Y añade—: Con este telescopio y esta nueva técnica, podemos empezar a comprender los exoplanetas de forma similar a como entendemos a nuestros vecinos del Sistema Solar».
El instrumento Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) del James Webb observó el eclipse de WASP-18b en un rango de 0,85 a 2,85 micras, en el infrarrojo cercano. A partir de esos datos, los investigadores aplicaron un método estadístico conocido como Eigenspectra, que descompone la luz en componentes espaciales y espectrales para reconstruir mapas de temperatura. Cada longitud de onda ilumina una profundidad diferente de la atmósfera, lo que permite obtener una visión tridimensional.
«Si elaboras un mapa en una longitud de onda que el agua absorbe, verás la capa de vapor de agua de la atmósfera; mientras que una longitud de onda que el agua no absorbe sondeará zonas más profundas —explica Challener—. Si combinas esas observaciones, puedes construir un mapa tridimensional de las temperaturas de esa atmósfera».
El planeta de los anillos de fuego
El resultado es el primer mapa espectroscópico 3D de un exoplaneta. El análisis sacó a la luz tres zonas principales en el hemisferio diurno:
✅ Un punto caliente centrado en el subpunto estelar.
✅ Un anillo templado que rodea esa región.
✅ Una zona exterior más débil que apenas asoma antes y después del eclipse.
El núcleo incandescente alcanza temperaturas superiores a los 3.100 kelvin, mientras que el anillo se mantiene unos 400 grados más frío. Pese a lo brutal del contraste, los gradientes resultaron más suaves de lo que predecían los modelos teóricos, lo que sugiere mecanismos adicionales de transporte de calor.
Un campo magnético diez veces más intenso que el de la Tierra
Una de las hipótesis que se barajan apunta a la disociación del hidrógeno molecular (H₂), que al separarse y recombinarse actúa como una batería térmica que redistribuye la energía entre el día y la noche. Otra posibilidad es la presencia de nubes opacas en el lado nocturno, que podrían alterar el balance radiativo global.
Sorprendentemente, el mapa muestra que el punto más caliente del planeta está casi exactamente en el meridiano enfrentado a la estrella, sin el desplazamiento esperado hacia el este que deberían producir los vientos ecuatoriales. Esto indica que la atmósfera está frenada por la interacción magnética con el plasma ionizado, un efecto conocido como arrastre magnetohidrodinámico.
WASP-18b podría tener un campo magnético de una intensidad de unos 20 gauss —diez veces el terrestre— que ralentiza sus corrientes de aire.
Representación artística de WASP-18b, un Júpiter ultracaliente cuyo hemisferio diurno alcanza temperaturas superiores a los 3.000 °C bajo la intensa radiación de su estrella, mientras su atmósfera, rica en óxidos metálicos como TiO y VO, brilla con un resplandor incandescente. Imagen generada con DALL-E
Un retrato químico de su atmósfera
Al aislar las regiones del mapa, los astrónomos realizaron análisis atmosféricos (retrievals) utilizando dos códigos distintos, HyDRA y Pyrat Bay. Ambos confirmaron que el punto caliente posee una inversión térmica, es decir, una capa superior más caliente que las inferiores, causada por la absorción de radiación visible por compuestos como el óxido de titanioTiO, el óxido de vanadio (VO) y el ion H⁻, responsables de su brillo intenso.
En esa zona, el vapor de agua es algo menos abundante que el promedio, coherente con la predicción de que el calor extremo disocia las moléculas de H₂O.
🗣️ «Hemos visto que esto ocurre a nivel poblacional: puedes observar un planeta más frío que tiene agua y luego otro más caliente que no la tiene. Pero esta es la primera vez que vemos esa diferencia dentro de un mismo planeta —subraya Mansfield. Y continúa—: Es una sola atmósfera, pero distinguimos regiones más frías que contienen agua y otras más calientes donde el agua se está descomponiendo. Eso ya lo predecía la teoría, pero resulta muy emocionante poder verlo realmente en observaciones».
El anillo periférico, más frío, mostró un espectro dominado por la emisión del agua, aunque con resultados menos consistentes: las simulaciones sugieren que su geometría y mezcla de temperaturas complican la interpretación. En algunos modelos, el software dedujo absurdamente una atmósfera casi sin agua, un resultado que los autores atribuyen a limitaciones técnicas del método, no a una realidad física.
Aun con esas incertidumbres, el balance final reproduce con gran precisión el espectro total del planeta observado anteriormente por el JWST, lo que refuerza la fiabilidad de la reconstrucción tridimensional. En esencia, el brillo global de WASP-18b resulta ser la combinación ponderada de su núcleo incandescente y su anillo templado.
Lo que revela sobre los Jupíteres ultracalientes
El nuevo mapa tridimensional pone a prueba los modelos climáticos globales que intentan simular los vientos y las temperaturas de estos mundos. La comparación muestra que el James Webb observa bordes más cálidos y gradientes menos abruptos de lo que predecían los modelos. Esto indica que la física de los mundos ultracalientes es más compleja.
Además de la disociación del hidrógeno, el estudio apunta a un papel posible de las nubes nocturnas formadas por condensación de metales, que podrían retener calor y modificar la distribución térmica.
«El resultado sugiere que los procesos químicos y magnéticos están profundamente entrelazados en estos ambientes extremos», resume Mansfield.
Mapa bidimensional del exoplaneta WASP-18b obtenido con el método Eigenspectra. Los colores muestran la temperatura y las líneas discontinuas delimitan tres regiones atmosféricas donde la forma y el calor del punto brillante varían con la longitud de onda, revelando su estructura tridimensional. Cortesía: Challener, R.C., Weiner Mansfield, M., Cubillos, P.E. et al.
Hacia un atlas 3D de atmósferas exoplanetarias
Hasta ahora, la mayoría de observaciones de exoplanetas se basaban en espectros integrados o en mapas obtenidos en una sola longitud de onda. La técnica de cartografía espectroscópica de eclipses permite ir mucho más allá. En efecto, permite discernir cómo cambian la temperatura y la composición de un planeta punto por punto y capa por capa. Es un método costoso desde el punto de vista computacional, pues cada mapa requiere miles de simulaciones, pero abre una nueva era de meteorología exoplanetaria.
Los autores confían en aplicar el mismo procedimiento a otros planetas más templados, donde los desplazamientos del punto caliente y las corrientes atmosféricas sean más marcados. En mundos menos extremos que WASP-18b, podrían observarse tendencias más claras con la presión o el tipo de moléculas presentes.
«Resulta muy emocionante contar por fin con las herramientas necesarias para ver y cartografiar las temperaturas de otro planeta con este nivel de detalle. Esto nos permite aplicar la técnica a otros tipos de exoplanetas. Por ejemplo, si un planeta no tiene atmósfera, aún podríamos usar la técnica para mapear la temperatura de su superficie y, tal vez, entender su composición. Aunque WASP-18b era un caso más predecible, creo que tendremos la oportunidad de ver cosas que antes ni siquiera podíamos imaginar», añade Mansfield, que ya piensa en extender la técnica a mundos rocosos.
A medio plazo, este tipo de análisis permitirá construir un atlas tridimensional de atmósferas exoplanetarias, eso sí, con el James Webb como pionero. A largo plazo, telescopios como el Telescopio Extremadamente Grande europeo y el futuro Habitable Worlds Observatory de la NASA podrían extenderlo a planetas rocosos, y ofrecer así la posibilidad de estudiar en detalle atmósferas parecidas a la terrestre.
La anatomía de un mundo imposible
Más allá de la complejidad técnica, el estudio es también un logro conceptual: observar un planeta a 400 años luz de distancia como si fuera una esfera tangible con zonas, capas y temperaturas diferenciadas. WASP-18b aparece así no como un punto de luz, sino como un mundo en ebullición permanente, donde la materia se descompone y recombina al ritmo de un horno estelar.
En palabras de Challener, «es la primera vez que podemos hablar de una estructura horizontal y vertical en un exoplaneta, y eso nos permite pensar en ellos como lugares reales, con climas, química y dinámica propias».
El James Webb, concebido para mirar las primeras galaxias del universo, se está revelando también como una herramienta excepcional para explorar los confines más íntimos de los mundos cercanos. Su ojo infrarrojo no solo capta el calor de las estrellas lejanas, sino también el pulso atmosférico de planetas imposibles que orbitan tan cerca de su sol que apenas pueden existir.▪️
Información facilitada por la Universidad de Maryland
Fuente: Challener, R. C., Weiner Mansfield, M., Cubillos, P. E. et al. Horizontal and vertical exoplanet thermal structure from a JWST spectroscopic eclipse map. Nature Astronomy (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-025-02666-9
