A unos 880 años luz de la Tierra, un gigante gaseoso extremo se está deshaciendo poco a poco en el espacio. Se trata de WASP‑121 b, un exoplaneta de tipo Júpiter ultracaliente que está perdiendo parte de su atmósfera y formando unas colas de helio tan largas que rodean buena parte de su órbita.
Gracias al telescopio espacial James Webb, un consorcio internacional de científicos —con participación europea y española— ha conseguido seguir este escape atmosférico durante casi una órbita completa del planeta. Las observaciones han revelado, por primera vez con tanto detalle, la presencia de dos colas de helio diferenciadas, una que se adelanta al planeta y otra que lo sigue, desafiando los modelos clásicos que predecían una sola estructura tipo cometa.
Un Júpiter ultracaliente al límite de su estrella
WASP‑121 b pertenece a la categoría de júpiteres ultracalientes: gigantes gaseosos con masas comparables o superiores a la de Júpiter, pero en órbitas extremadamente cercanas a su estrella. En este caso, el planeta completa una vuelta en torno a su astro en apenas unas 30 horas, es decir, cerca de 1,275 días, lo que implica una proximidad brutal.
Esta distancia es tan reducida que equivale a apenas un 2,6% de la separación entre la Tierra y el Sol. Como consecuencia, el planeta está bloqueado por marea: siempre muestra la misma cara hacia la estrella, como hace la Luna con la Tierra. El hemisferio diurno se somete a temperaturas de varios miles de grados, con estimaciones que rondan los 2350 kelvin o incluso más en las capas altas de la atmósfera.
El propio tamaño del planeta también es extremo. WASP‑121 b tiene una masa similar o superior a la de Júpiter, pero su radio es casi el doble que el del gigante de nuestro Sistema Solar, lo que da lugar a una atmósfera muy hinchada. Esta envoltura gaseosa se estira hasta sobrepasar el llamado lóbulo de Roche, la región donde la gravedad del planeta puede retener el gas frente a la atracción de la estrella.
En estas condiciones, los gases ligeros, en especial hidrógeno y helio, tienen muy fácil escapar. Pero el calor extremo y las fuerzas de marea no solo expulsan elementos ligeros: también arrastran materiales más pesados, incluidos metales alcalinos y especies como el monóxido de silicio, modificando de forma profunda la estructura atmosférica.
Un seguimiento récord con el James Webb
El hallazgo de las colas de helio se apoya en una campaña de observación prolongada con el James Webb Space Telescope (JWST). Durante casi 37 horas seguidas, el telescopio registró variaciones en el espectro de la estrella anfitriona debidas a la absorción de helio en la atmósfera del planeta, un periodo que cubre más de una órbita completa de WASP‑121 b.
La clave ha sido el uso de instrumentos infrarrojos de alta sensibilidad, entre ellos NIRISS, desarrollado por la Agencia Espacial Canadiense en colaboración con la ESA y la NASA. Este espectrógrafo permite detectar la firma del helio en estado metaestable, una especie de huella química muy útil para rastrear gas que se está escapando al espacio.
Hasta ahora, la mayor parte de los estudios de fuga atmosférica en exoplanetas se limitaban a ventanas temporales breves, normalmente cuando el planeta transitaba frente al disco de su estrella. En cambio, en este caso se ha podido seguir el escape atmosférico a lo largo de aproximadamente el 60% de la órbita, tanto durante el tránsito como fuera de él.
Este enfoque continuo ha permitido reconstruir con mucho más detalle la geometría tridimensional de los flujos de gas alrededor del planeta. Los datos muestran que el helio rodea a WASP‑121 b a lo largo de gran parte de su trayectoria orbital, dando lugar a una estructura mucho más compleja que una simple cola alineada con el viento estelar.
Dos colas de helio: una delante y otra detrás
El análisis de las observaciones ha revelado que la atmósfera en fuga de WASP‑121 b se organiza en dos colas de helio bien diferenciadas. La primera, conocida como corriente delantera, se sitúa por delante del planeta en su movimiento orbital. La segunda, llamada corriente trasera, se extiende detrás de él y se va dispersando progresivamente.
La cola delantera parece estar fuertemente influida por la gravedad de la estrella. Parte del helio que abandona el planeta es literalmente “tirado” hacia el interior del sistema, canalizado hacia la zona de equilibrio gravitacional conocida como el punto de Lagrange L4. Algunos modelos sugieren que incluso podría iniciarse un proceso de acreción de este gas hacia la estrella.
Por su parte, la cola trasera está dominada por la presión de radiación y el viento estelar. El material que se escapa desde el hemisferio diurno y el terminador del planeta es empujado hacia atrás, formando una estela extensa que se diluye gradualmente en el medio circumestelar.
Los datos indican que estas colas se prolongan hasta distancias colosales, del orden de más de 100 veces el radio del planeta. Se habla de longitudes que alcanzan unos 107 radios planetarios, comparables a una décima parte de una unidad astronómica, es decir, alrededor de 0,1 veces la distancia media entre la Tierra y el Sol. En términos visuales, si pudiéramos observar el sistema de cerca, veríamos el planeta rodeado de una estructura gaseosa que abarca buena parte de su órbita.
Esta configuración doble ha pillado a la comunidad científica con el pie cambiado. Los modelos hidrodinámicos clásicos de escape atmosférico suelen predecir una única cola alineada con el viento estelar, parecida a la cola de un cometa. Sin embargo, en WASP‑121 b se observa una distribución mucho más compleja, que obliga a revisar las simulaciones y tener en cuenta la interacción combinada de radiación, vientos, mareas gravitatorias y rotación.
Procesos hidrodinámicos y fuga atmosférica extrema
En el fondo de este fenómeno se encuentra lo que los expertos denominan escape hidrodinámico. A diferencia de las pérdidas de gas más suaves, aquí el calentamiento extremo de las capas superiores de la atmósfera genera un flujo masivo que arrastra consigo tanto gases ligeros como compuestos más pesados.
La enorme irradiación procedente de la estrella calienta la termosfera del planeta hasta inflarla de manera descomunal. Esta termosfera sobredimensionada se extiende más allá del lóbulo de Roche, donde la gravedad del planeta deja de ser dominante. A partir de ahí, el gas empieza a fluir hacia el exterior como si se tratara de un viento planetario continuo.
Además de la radiación, las fuerzas de marea juegan un papel decisivo. La estrecha órbita de WASP‑121 b implica una interacción gravitatoria intensa con la estrella, que deforma el planeta y facilita que el gas escape por las regiones más débiles del potencial gravitatorio. Este cóctel de calor y mareas hace que la fuga atmosférica sea especialmente eficiente.
Observaciones anteriores ya habían revelado que la atmósfera de WASP‑121 b es cualquier cosa menos tranquila. Se han detectado indicios de estratósfera, nubes de titanato de calcio, metales vaporizados e incluso procesos que podrían dar lugar a “lluvias” de materiales exóticos. Ahora, con las colas de helio claramente vistas, se confirma que el planeta está perdiendo una fracción significativa de su envoltura gaseosa al espacio.
Los resultados indican que la fuga se mantiene de forma persistente a lo largo del tiempo, no solo en intervalos puntuales. Esto sugiere que, a escalas de millones o miles de millones de años, un planeta como WASP‑121 b podría cambiar de manera radical, reduciendo su tamaño aparente y transformándose en un objeto de naturaleza distinta al gigante gaseoso que observamos hoy.
Lecciones sobre la evolución de los exoplanetas
El caso de WASP‑121 b se ha convertido en un laboratorio natural para estudiar cómo evolucionan los planetas gigantes sometidos a condiciones extremas. La pérdida continuada de atmósfera plantea la posibilidad de que, con el tiempo, algunos júpiteres ultracalientes terminen convertidos en mundos más pequeños, similares a Neptuno o incluso en núcleos rocosos desnudos.
Este tipo de procesos podría ayudar a explicar ciertos patrones estadísticos que los astrónomos observan en la población de exoplanetas. Uno de los ejemplos más comentados es el llamado “desierto de Neptunos calientes”, una región en los diagramas de masa y radio donde apenas se encuentran planetas de tamaño intermedio muy cerca de sus estrellas.
Una de las hipótesis es que muchos de esos mundos intermedios hayan perdido gran parte de sus atmósferas debido al escape hidrodinámico intenso, quedando transformados en cuerpos más pequeños y densos, difíciles de detectar o reubicados en otras categorías. Los datos de WASP‑121 b aportan piezas clave para afinar estos modelos de evolución planetaria.
Las nuevas observaciones también subrayan que el escape atmosférico no es un simple flujo unidireccional. En lugar de un “chorro” de gas que se aleja en línea recta, nos encontramos con una estructura tridimensional complicada, donde la geometría de la órbita, la rotación del planeta, la inclinación del sistema y la actividad de la estrella se combinan para moldear las colas.
Esto obliga a los teóricos a replantear sus herramientas de simulación. Los modelos bidimensionales o demasiado simplificados se quedan cortos para reproducir la configuración dual observada en WASP‑121 b. A partir de ahora, se necesitan simulaciones 3D más sofisticadas, capaces de capturar la dinámica del viento estelar, las interacciones gravitatorias y la respuesta de la atmósfera del planeta en conjunto.
El papel del James Webb y la colaboración europea
El avance logrado con WASP‑121 b es también una demostración del potencial del James Webb Space Telescope para el estudio de atmósferas exoplanetarias. Lanzado en 2021 y operado por la NASA, la ESA y la Agencia Espacial Canadiense, el Webb se ha convertido en la herramienta de referencia para observar en el infrarrojo objetos muy lejanos y fenómenos sutiles como estas colas de helio.
En este caso, el uso de instrumentos como NIRISS y otros espectrógrafos infrarrojos ha permitido descomponer la luz procedente del sistema y aislar la firma del helio en fuga. La estabilidad del telescopio y su alta sensibilidad han sido determinantes para mantener observaciones continuadas durante decenas de horas, algo muy difícil de conseguir desde tierra.
La investigación se enmarca en un esfuerzo internacional coordinado, con participación destacada de centros europeos. Equipos vinculados a la ESA y a institutos de investigación de varios países europeos han trabajado codo con codo en el diseño de las campañas de observación, el tratamiento de los datos y el desarrollo de modelos teóricos.
Gran parte de estos resultados se han publicado en revistas científicas de alto impacto, como Nature Communications, donde se detallan tanto las observaciones como las implicaciones para la física de exoplanetas. La comunidad espera que futuras campañas con el Webb y con otros telescopios complementarios permitan seguir la evolución de WASP‑121 b a lo largo de los próximos años.
Más allá de este caso concreto, el éxito de las observaciones impulsa nuevos programas dirigidos a otros júpiteres ultracalientes, con el objetivo de comprobar si las colas dobles son una rareza de este sistema o un fenómeno relativamente común entre los gigantes muy cercanos a sus estrellas.
La huella española en el estudio de WASP‑121 b
Dentro de este entramado internacional, la comunidad científica española también ha dejado su marca. Astrónomos y astrofísicos de centros y universidades españolas han participado en el análisis de los datos espectrales del James Webb y en la construcción de modelos que describen los flujos de gas y la pérdida de helio en WASP‑121 b.
En los últimos años, España ha ido ganando peso en el ámbito de la investigación espacial europea, gracias a la colaboración con la ESA, la NASA y otras agencias. La implicación en proyectos punteros como el Webb, misiones de observación de exoplanetas o grandes instalaciones terrestres está consolidando una red de grupos especializados en atmósferas planetarias y física de exoplanetas.
Este tipo de trabajos no solo mejora la posición del país en los consorcios internacionales, sino que también tiene un efecto directo sobre la formación de nuevas generaciones de investigadores. La posibilidad de trabajar con datos del James Webb y de firmar artículos en revistas de referencia atrae a jóvenes talentos hacia carreras científicas vinculadas a la astronomía y a las tecnologías espaciales.
De cara al futuro, es previsible que equipos españoles sigan participando en campañas de observación de exoplanetas extremos, tanto con el James Webb como con telescopios que están por venir, como el Extremely Large Telescope (ELT) de ESO. WASP‑121 b es solo uno de los sistemas donde esta presencia se ha hecho notar, pero todo indica que no será el último.
En conjunto, el estudio de las colas de helio en WASP‑121 b ejemplifica cómo la combinación de infraestructuras de primer nivel, cooperación internacional y talento científico permite asomarse a fenómenos que hasta hace muy poco parecían inalcanzables, y cómo Europa y España juegan un papel nada menor en esta nueva etapa de la exploración de exoplanetas.
La imagen que surge de WASP‑121 b es la de un gigante gaseoso sometido a un castigo constante por parte de su estrella, con una atmósfera hinchada que se desborda y forma dos colas de helio colosales que se extienden a lo largo de gran parte de su órbita; las observaciones del James Webb, apoyadas por equipos europeos y españoles, no solo permiten seguir en directo cómo un planeta pierde su envoltura gaseosa, sino que ayudan a replantear cómo nacen, cambian y, en algunos casos, se desintegran los mundos que pueblan nuestra galaxia.
