¿Exoluna volcánica en WASP-39b?

Datos del artículo científico del que hablaremos en este astrobito:

• Título: Volcanic Satellites Tidally Venting Na, K, SO2 in Optical & Infrared Light
• Autores: Apurva V. Oza, Andrea Gebek, Moritz Meyer zu Westram, et. al.
• Institución del primer autor: Division of Geological and Planetary Science, California Institute of Technology, USA
• Estado: Acceso abierto en arXiv. Aceptado para publicación en MNRAS

Representación artística de una exoluna alrededor de un Júpiter caliente (NASA/JPL-Caltech)

WASP-39b es quizás uno de los exoplanetas más populares en este momento. Descubierto por primera vez en 2011, volvió a la fama en 2023 cuando observaciones del JWST revelaron la presencia de CO2 e incluso SO2 producido fotoquímicamente en su atmósfera; la primera vez que ambos habían sido detectados, con seguridad, en un exoplaneta.

Ahora, en 2025, WASP-39b parece decidido a mantenerse en los titulares. Oculto entre las mismas observaciones del JWST, la comunidad astronómica podría estar vislumbrando algo mucho más extraño: indicios de una exoluna volcánica. De confirmarse, no sólo sería la primera detección de una luna por fuera del sistema solar; ¡sería una luna con vida geológica propia!

Lecciones de nuestro propio Sistema Solar

No tenemos que mirar muy lejos para entender la relación entra las lunas y sus planetas. Ío, la más interna de las lunas galileanas de Júpiter, es el cuerpo más volcanicamente activo del Sistema Solar. Sus erupciones lanzan gas de SO2 al espacio, formando una delgada atmósfera y alimentando un vasto toro (o rosquilla) de plasma que rodea a Júpiter. La luna Encélado de Saturno, aunque mucho más pequeña, es igualmente influyente, lanzando chorros de agua y granos de hielo que alimentan el tenue anillo E de Saturno.

Erupción volcánica de la luna Ío de Jupiter captada desde la sonda espacial Galileo (Imagen tomada de NASA, NASA-JPL, DLR)

Por eso, cuando encontramos indicios de gases volcánicos como SO2, sodio Na, y potasio K en la atmósfera de exoplanetas, resulta natural preguntarse si parte de ese material podría estar viniendo en realidad de una luna que aún no hemos visto.

El caso de una exoluna volcánica

Cuando el equipo detrás de esta investigación comparó múltiples observaciones de WASP-39b a lo largo del tiempo, notaron algo extraño. La señal de SO2 variaba entre épocas (momentos específicos de referencia en el tiempo), apareciendo a veces más intensa y otras más débil, un comportamiento que no se espera de una atmósfera planetaria estable. La intensidad de la señal de CO2, en cambio, se mantuvo constante a lo largo de esas mismas épocas.

La señal de SO2 en WASP-39b ha cambiado su intensidad con el tiempo, contrario a la señal CO2 que se ha mantenido estable (figura adaptada de la Figura 2 en el artículo original)

Este tipo de variabilidad es una característica típica de una fuente satelital. Una luna que orbita su planeta cambia naturalmente de posición respecto a nuestra línea de visión, a veces aportando más gas al espectro observado y otras menos. En nuestro propio Sistema Solar, el toro volcánico de Ío produce exactamente este tipo de variabilidad alrededor de Júpiter.

Para poner a prueba la idea, el grupo construyó simulaciones del sistema de WASP-39b. Al añadir una luna hipotética (a la que llamaron WASP-39b I) y dejarla liberar SO2, sodio y potasio, lograron reproducir muchas de las características espectrales observadas en los datos reales de los telescopios JWST y Hubble.

Las cifras son asombrosas. Los modelos sugieren que una luna de este tipo podría liberar material a un ritmo más de 100 veces superior al de Ío, impulsado por un calentamiento de marea (el proceso por el cual el interior de un cuerpo astronómico se calienta debido al estiramiento y compresión gravitacional que experimenta al orbitar a otro cuerpo) mucho más intenso que cualquier cosa presente en nuestro Sistema Solar.

Cómo el calentamiento por marea impulsa las erupciones

¿Por qué una exoluna sería mucho más activa que Ío? La respuesta está en su entorno. Los Júpiteres calientes como WASP-39b orbitan extremadamente cerca de sus estrellas. Una luna en un sistema así no solo siente la atracción de su planeta; también está siendo tironeada constantemente por la gravedad de la estrella. El resultado es una compleja interacción de tres cuerpos que inyecta enormes cantidades de energía en el interior de la luna.

Los cálculos muestran que esta interacción de tres cuerpos podría superar la producción volcánica de Ío en un orden de magnitud o más. En lugar de erupciones esporádicas, una luna así podría experimentar un vulcanismo continuo y transformador, liberando constantemente SO2, sodio, potasio, y otros gases al espacio. Esta es una cuestión interesante porque, desde la Tierra, estos gases podrían aparecer en los espectros de transmisión de exoplanetas, disfrazándose como si fueran parte de la atmósfera del planeta.

¿Podría sobrevivir una luna así?

Es normal preguntarse si una luna podría siquiera existir en un sistema tan extremo. A menudo se piensa que los gigantes gaseosos cercanos a su estrella pierden sus lunas debido a fuerzas de marea, decaimiento orbital o incluso a la desintegración completa cerca del límite de Roche (el punto en el que una luna es destrozada por la gravedad de su planeta).

Las simulaciones sugieren que una luna alrededor de WASP-39b podría ser estable, al menos durante miles de millones de años. Su órbita se mantendría cómodamente dentro de la esfera de Hill del planeta (la región donde la gravedad del planeta domina sobre la de la estrella), y las escalas de tiempo de migración serían lo suficientemente largas como para que no espiralizara rápidamente hacia adentro.

Cada curva en esta gráfica muestra el tiempo que le tomaría a una luna alrededor de WASP-39b espiralizar hacia al centro del planeta, teniendo en cuenta diferentes interacciones de marea (Q) entre el planeta y la luna (figura adaptada de la Figura 5 en el artículo original).

Dicho esto, la luna aún podría estar perdiendo masa rápidamente a través de la desgasificación volcánica. En algunos escenarios, podría encontrarse en las etapas finales de su vida, evaporándose gradualmente en un anillo lleno de polvo y gases alrededor del planeta; un destino que recuerda al de las lunas más internas de Saturno.

¿Qué sigue?

La hipótesis de la exoluna volcánica es audaz, pero puede ponerse a prueba. Futuras observaciones podrán ayudar a distinguir entre una atmósfera planetaria y una fuente satelital:

• Espectroscopía multi-época: Mediciones repetidas con el mismo instrumento pueden seguir la variabilidad del SO2 y de otras especies, descartando efectos instrumentales.
• Espectroscopía de alta resolución: Detectar corrimientos Doppler en las líneas de sodio o potasio podría revelar un movimiento orbital consistente con una luna.
• Búsqueda de polvo infrarrojo: Si el vulcanismo está activo, no debería producir solo gas sino también polvo, potencialmente detectable en los canales de infrarrojo medio del JWST.

Otros Júpiteres calientes también están siendo examinados en busca de señales similares. Si WASP-39b alberga una luna volcánica, puede que no sea el único exoplaneta que tenga una… o varias.

Un misterio volcánico por resolver

Por ahora, la evidencia sigue siendo circunstancial, y el SO2 en la atmósfera de WASP-39b aún podría tener un origen puramente planetario y no satelital. Pero la hipótesis de la exoluna volcánica ofrece una alternativa fascinante, que conecta las lecciones de Ío, Encélado, y las muchas lunas de Saturno y Júpiter.

Con cada nueva observación del JWST nos acercamos un poco más a descubrirlo. Si los datos futuros lo confirman, el primer hallazgo de una exoluna no será el de un satélite rocoso cualquiera orbitando silenciosamente en la oscuridad. Será el de una luna con una química y un perfil infrarrojo tan intenso que es capaz de eclipsar a su propio planeta!