WASP-121b: el exoplaneta gigante que ofrece pistas sobre la formación de mundos extremos
El exoplaneta WASP-121b, más caliente que algunas estrellas, ha revelado secretos químicos que desafían todo lo que creíamos saber sobre la formación planetaria. Gracias al telescopio James Webb, un equipo de astrónomos ha detectado en su atmósfera una mezcla inesperada de moléculas muy interesantes, como metano, agua y silicio.
Por Enrique Coperías
Impresión artística de WASP-121b durante su formación: la imagen muestra la fase en la que el joven planeta acumuló la mayor parte de su envoltura gaseosa, tras abrir una brecha en el disco protoplanetario que bloqueó la llegada de guijarros helados ricos en agua. Posteriormente, migró desde las regiones exteriores frías hasta su actual órbita cercana a la estrella. Cortesía: T. Müller (MPIA/HdA)
Las nuevas observaciones del telescopio espacial James Webb han arrojado una luz sin precedentes sobre uno de los exoplanetas más extremos conocidos: WASP-121b, un gigante gaseoso que orbita tan cerca de su estrella que completa una vuelta cada 30,5 horas.
Esta proximidad crea un mundo dividido en dos hemisferios radicalmente distintos: un lado eternamente iluminado, donde las temperaturas superan los 3.000 ºC, y una noche perpetua en el lado opuesto, con solo 1.500 ºC.
Pero no es solo el calor lo que convierte a WASP-121b en una joya para la investigación espacial. Gracias a la sensibilidad sin precedentes del James Webb, un equipo internacional de astrónomos, liderado por Thomas Evans-Soma y Cyril Gapp, ha conseguido detectar simultáneamente cuatro moléculas clave en la atmósfera del planeta: vapor de agua (H₂O), monóxido de carbono (CO), monóxido de silicio (SiO) y metano (CH₄). Estos hallazgos ofrecen pistas esenciales para reconstruir la historia de su formación planetaria y evolución.
«La temperatura en el lado diurno es lo bastante alta como para que materiales refractarios, que normalmente son sólidos, se presenten en forma gaseosa en la atmósfera del planeta», explica Evans-Soma, astrónomo del Instituto Max Planck de Astronomía, en Alemenia, y la Universidad de Newcastle, en Australia.
Detectan moléculas clave en su atmósfera
Cada molécula observada aporta una pista. El vapor de agua y el CO son compuestos volátiles comunes en las atmósferas planetarias. Pero la detección de monóxido de silicio gaseoso es especialmente reveladora, ya que este compuesto solo se forma cuando elementos refractarios, como el silicio contenido en minerales sólidos, se subliman debido a temperaturas extremas.
La presencia de SiO indica que el calor de la atmósfera diurna impide que estos elementos condensen y desaparezcan, lo que permite su estudio directo.
«Las abundancias relativas de carbono, oxígeno y silicio ofrecen una visión detallada de cómo se formó este planeta y cómo adquirió su material», señala Evans-Soma.
En el hemisferio nocturno, el desconcierto fue aún mayor: la detección clara de metano, una molécula que no debería estar presente en cantidades apreciables dadas las condiciones atmosféricas y los modelos actuales. «Fue una sorpresa total», admite el investigador.
¿Dónde y cómo se formó WASP-121b?
Para entender el presente de este planeta, es necesario retroceder a su pasado. Los datos sugieren que WASP-121b no se formó donde está ahora —casi rozando la superficie de su estrella—, sino en una región del disco protoplanetario mucho más lejana y fría, donde las condiciones permitían la existencia simultánea de hielo de agua y vapor de metano.
En el Sistema Solar, esta región se ubicaría entre las órbitas de Júpiter y Urano. Fue allí donde el joven WASP-121b probablemente acumuló una envoltura gaseosa enriquecida en carbono, gracias a la evaporación de guijarros cargados de metano que migraban hacia el interior del disco. En contraste, el agua permanecía congelada y no contribuyó a enriquecer la atmósfera con oxígeno.
Este desequilibrio en la incorporación de elementos explica por qué la relación carbono/oxígeno (C/O) de la atmósfera del planeta es casi el doble que la de su estrella anfitriona, un valor que se considera superestelar.
«Todo apunta a que WASP-121b continuó atrayendo gas rico en carbono después de que el flujo de guijarros ricos en oxígeno se detuviera», señala Evans-Soma.
Incorporación tardía de materiales rocosos
La historia no termina con el gas. Los astrónomos también identificaron la incorporación de material rocoso sólido, en forma de planetesimales, como una fase posterior y clave en la formación del planeta.
Estos cuerpos, semejantes a asteroides, almacenan minerales como el cuarzo, que contienen silicio. Este silicio se manifiesta ahora en la atmósfera como SiO gaseoso.
«Esto nos dice que el planeta no solo acumuló gas, sino también material rocoso en cantidades significativa», apunta Gapp, estudiante de doctorado en el MPIA y primer autor de un segundo estudio relacionado con este.
Vientos verticales que desafían los modelos
Uno de los aspectos más desconcertantes del estudio fue la detección de metano en el hemisferio nocturno. A temperaturas tan elevadas, este gas es químicamente inestable y debería haber sido destruido. Además, los modelos actuales sugieren que los gases atmosféricos se mezclan principalmente en sentido horizontal —de día a noche—, lo que implicaría que el metano no tendría tiempo de formarse antes de volver al lado diurno y descomponerse.
Sin embargo, los datos indican que el metano sí está presente en grandes cantidades en la noche eterna del planeta. Para explicarlo, el equipo propone la existencia de fuertes corrientes verticales que transportan metano desde capas más profundas y frías de la atmósfera hasta la región observable por el telescopio. Esta dinámica rompe con los modelos existentes, que subestiman el papel de la mezcla vertical en atmósferas exoplanetarias extremas.
«Esto desafía los modelos dinámicos de exoplanetas, que probablemente deberán adaptarse para reproducir la fuerte mezcla vertical que hemos descubierto», afirma Evans-Soma.
Impresión artística del exoplaneta WASP-121 b, también conocido como Tylos. El aspecto del exoplaneta se basa en los datos del Hubble sobre el objeto. Cortesía: NASA, ESA, Q. Changeat et al., M. Zamani (ESA/Hubble)
El papel importante del telescopio James Webb
La clave de esta investigación fue la observación continua de WASP-121b durante toda su órbita con el instrumento NIRSpec del JWST. Este seguimiento permitió a los científicos recoger datos tanto de la emisividad térmica del planeta (es decir, su brillo infrarrojo) como del espectro de transmisión cuando el planeta pasaba frente a su estrella.
«El espectro de transmisión confirmó las detecciones de monóxido de silicio, monóxido de carbono y vapor de agua que ya habíamos visto en los datos de emisión», explica Gapp.
Sin embargo, el metano no fue detectado en la zona de transición entre el día y la noche, lo que refuerza la hipótesis de que su presencia está limitada al lado nocturno y sujeta a mecanismos internos como la mezcla vertical.
WASP-121b como laboratorio natural para la astrofísica
Más allá de las particularidades de WASP-121b, este estudio subraya el valor de estos exoplanetas como laboratorios naturales para comprender la física y química de atmósferas planetarias bajo condiciones extremas. El hecho de poder detectar simultáneamente compuestos volátiles y refractarios en un mismo conjunto de datos representa un avance importante.
Hasta ahora, la mayoría de los instrumentos solo podían observar uno u otro tipo de moléculas, debido a sus distintas firmas espectrales. El James Webb ha roto esa barrera, al permitir un análisis integral que revela no solo qué hay en la atmósfera, sino también cómo llegó hasta allí.
Además, esta investigación refuerza la idea de que la composición atmosférica de un planeta puede ser un registro fósil de su historia de formación: de dónde vino, qué materiales incorporó y en qué orden. En el caso de WASP-121b, los datos narran un viaje impresionante desde las regiones heladas del sistema hacia una órbita abrasadora, atravesando etapas de acumulación de gas, guijarros y roca sólida.
Este hallazgo, junto con futuras observaciones de otros mundos similares, podría ayudar a reconstruir las diversas rutas que pueden seguir los planetas gigantes en su evolución, y a afinar los modelos que describen cómo nacen y cambian los mundos más allá del Sistema Solar. ▪️
Información facilitada por el Instituto Max Planck de Astronomía
Fuente: Evans-Soma, T. M., Sing, D. K., Barstow, J. K. et al. SiO and a super-stellar C/O ratio in the atmosphere of the giant exoplanet WASP-121 b. Nature Astronomy (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-025-02513-x
