Avance en la ciencia de exoplanetas: una nueva teoría permite interpretar con mayor facilidad las atmósferas distante

Las atmósferas de exoplanetas distantes suelen estudiarse de forma muy simplificada, pero ahora el método podría mejorarse radicalmente. Una nueva teoría considera, por primera vez, la turbidez realista de las atmósferas, y en el momento preciso.

Impresión artística del exoplaneta WASP-39 b, tal como podría verse a partir de observaciones indirectas de tránsitos realizadas con el Telescopio Espacial James Webb y otros telescopios espaciales y terrestres. Imagen: NASA/ESA/CSA/R. Crawford (STScI)/CC BY 4.0

El estudio de las atmósferas de los planetas extrasolares a menudo alcanza sus límites: si bien los telescopios proporcionan mediciones cada vez más precisas, el conocimiento teórico suele quedar rezagado. Como resultado, las investigaciones se han simplificado enormemente, dejando las atmósferas distantes con una descripción insuficiente. Esto es particularmente cierto en el caso de la espectroscopia de transmisión.

La espectroscopia de transmisión consiste en observar un exoplaneta durante un tránsito, es decir, cuando pasa frente a su estrella. Una parte de la luz estelar atraviesa el borde exterior de la atmósfera del planeta. La atenuación de la luz transmitida revela la estructura y la composición química de la atmósfera.

Acualmente, el físico Dr. Leonardos Gkouvelis, del Observatorio de la Universidad de Múnich, ha logrado un avance significativo al presentar una teoría analítica integral que resuelve un problema fundamental de las últimas décadas. Los resultados se publicaron en The Astrophysical Journal.

Por qué los modelos simples eran insuficientes

Durante más de 30 años, los modelos analíticos han ayudado a evaluar físicamente los datos. Todos los modelos tenían algo en común: asumían que la opacidad de la atmósfera es independiente de la presión. En realidad, sin embargo, la turbidez de una atmósfera cambia significativamente con la presión..

Las moléculas absorben la luz de forma diferente a presiones más altas, las nubes y las capas de neblina se forman a altitudes específicas, y las colisiones entre partículas influyen en la propagación de la luz.

Describir esto matemáticamente se consideró durante mucho tiempo irresoluble; al menos una representación completa habría requerido ecuaciones integrales muy complejas, que hasta ahora solo eran posibles con simulaciones informáticas complejas. Como resultado, seguía sin estar claro con qué intensidad la estructura vertical de una atmósfera influye realmente en los espectros observados.

Gkouvelis ha resuelto precisamente este problema. Su teoría describe una atmósfera isotérmica e hidrostática en la que la opacidad (es decir, la transmitancia de la luz), cambia con la presión según una ley de potencia simple.

Mayor concordancia con las observaciones

El punto crucial es que la solución se presenta en forma matemática cerrada. Esto permite, por primera vez, comprender claramente cómo los cambios verticales en la opacidad influyen en el radio de tránsito efectivo de un planeta. Entre otras cosas, aclara por qué muchos exoplanetas presentan únicamente características espectrales atenuadas.

La nueva teoría vincula directamente los resultados de laboratorio de física molecular con las mediciones astronómicas. Las pruebas con datos reales, como la atmósfera terrestre o el exoplaneta WASP-39b, muestran una concordancia significativamente mejor que los modelos anteriores.

A diferencia de los modelos con temperatura o química variables, este enfoque no requiere parámetros libres adicionales y, por lo tanto, sigue siendo manejable. La influencia de la opacidad dependiente de la presión se puede aislar y cuantificar claramente.

Importante para las misiones actuales y futuras

Este avance llega en el momento oportuno. Con el Telescopio Espacial James Webb, la astronomía ahora tiene acceso a espectros de una precisión sin precedentes. El análisis teórico ha sido recientemente el mayor obstáculo.

Esta solución analítica abre la puerta a una nueva generación de métodos mucho más rápidos, transparentes y realistas para analizar y cartografiar la atmósfera.

Estos avances son importantes para aprovechar al máximo el potencial científico de misiones actuales y futuras como el JWST y ARIEL, y para estudiar con mayor detalle mundos potencialmente habitables fuera de nuestro sistema solar, afirma Gkouvelis. Esto sentará una nueva base para la investigación analítica de exoplanetas y acercará la teoría a la observación.

Referencia de la noticia

A Closed-Form Analytical Theory of Non-Isobaric Transmission Spectroscopy for Exoplanet Atmospheres, The Astrophysical Journal, 997, 307, Gkouvelis, L. (2026)