¿Cómo reconoces la atmósfera de los mundos de lava extraterrestres?

En los últimos 30 años, se han descubierto más de 5.000 planetas fuera de nuestro sistema solar. Un exoplaneta común es el mundo de lava, una supertierra caliente con océanos de lava líquida. Mantas Zilinskas desarrolló modelos para simular posibles atmósferas de estos mundos. Esas simulaciones brindan orientación a los astrónomos que buscan estas atmósferas con el telescopio espacial James Webb. Zilinskas recibirá su Ph.D. el miércoles 24 de mayo.

La mayoría de los exoplanetas observados no se parecen a las ocho plantas de nuestro sistema solar. Por ejemplo, hay Júpiter calientes, gigantes gaseosos que están más cerca de su estrella madre que Mercurio del sol, y mundos de lava rostrales, que son más grandes que la Tierra y orbitan su estrella madre tan cerca que fluyen océanos de lava.

Sabemos poco sobre estos mundos distantes, dice Mantas Zilinskas. Algunas características que los astrónomos pueden estimar en función de la masa, el radio y la distancia de la estrella madre. Pero eso no da una imagen completa. Para saber más sobre sus atmósferas, los astrónomos utilizan la espectroscopia. En esto, miden la luz de la estrella madre que brilla a través de la atmósfera del exoplaneta y luego viaja a la Tierra. Las moléculas y los átomos presentes en una atmósfera absorben colores únicos de luz. Esto crea una huella digital única para cada exoplaneta mediante la cual se puede saber qué sustancias contiene su atmósfera.

Pero derivar las propiedades de las observaciones espectroscópicas no es fácil. Es por eso que los astrofísicos teóricos como Zilinskas crean modelos matemáticos que predicen cómo ciertas propiedades se traducen en observaciones. «Calculo lo que los astrónomos podrían observar», explica. «El propósito de mis simulaciones es decirles a los astrónomos qué buscar y qué les puede decir sobre los exoplanetas».

Zilinskas centró su Ph.D. La investigación sobre las atmósferas de los mundos de lava y su observación con el Telescopio Espacial James Webb se inició a fines de 2021. «Estas atmósferas aún no se han detectado, pero creemos que existen. De hecho, los gases ricos en silicatos pueden evaporarse de los océanos de lava para formar una delgada , ambiente tenue», dice. «Estamos tratando de usar modelos para predecir la composición química y las propiedades importantes de esas atmósferas, como los cambios de temperatura. Y observamos cómo eso afecta el espectro de luz».

Para ello, Zilinskas utilizó los llamados modelos unidimensionales, que suponen que los mayores cambios químicos en la atmósfera ocurren en dirección vertical —de arriba hacia abajo— y no en la horizontal. Los modelos calculan las condiciones químicas en cada punto. Zilinskas combinó eso con modelos de transferencia radiativa que calculan cómo la luz de la estrella madre se mueve a través de esa atmósfera y cómo cambia el espectro en el proceso.

«También hay modelos bidimensionales y tridimensionales, pero requieren mucho tiempo y potencia computacional», dice Zilinskas. «Además, sabemos poco sobre los mundos de lava y los modelos unidimensionales más rápidos y flexibles nos dan la libertad de investigar muchas composiciones atmosféricas diferentes y posibles».

Las simulaciones mostraron que el Telescopio Espacial James Webb puede observar las atmósferas de los mundos de lava, si es que existen. «También mostró qué gran paso adelante es este telescopio espacial», dice Zilinskas.

Actualmente, el telescopio espacial sigue observando exoplanetas, incluidos mundos de lava. Zilinskas dice: «Espero que mi investigación de doctorado pueda servir como guía para futuras observaciones de atmósferas de mundos de lava».