Los investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de NASA/ESA/CSA pueden haber detectado una atmósfera que rodea a 55 Cancri e, un exoplaneta rocoso a 41 años luz de la Tierra. Esta es la mejor evidencia hasta la fecha de una atmósfera de planeta rocoso fuera de nuestro sistema solar. Brice-Olivier Demory, profesor de Astrofísica en la Universidad de Berna y miembro del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS, formó parte del equipo de investigación internacional que acaba de publicar los resultados en Nature. .
55 Cancri e es uno de los cinco planetas conocidos que orbitan alrededor de una estrella similar al Sol en la constelación de Cáncer. Con un diámetro de casi el doble que el de la Tierra y una densidad ligeramente mayor, el planeta está clasificado como una súper Tierra:más grande que la Tierra, más pequeña que Neptuno y similar en composición a los planetas rocosos de nuestro sistema solar.
Brice-Olivier Demory del Centro para el Espacio y la Habitabilidad CSH de la Universidad de Berna y miembro del NCCR PlanetS es coautor del estudio. Dice:"55 Cancri e es uno de los exoplanetas más enigmáticos. A pesar de la enorme cantidad de tiempo de observación obtenido con una docena de instalaciones terrestres y espaciales en la última década, su naturaleza misma ha seguido siendo difícil de alcanzar, hasta hoy, cuando partes del rompecabezas finalmente pudo construirse gracias al Telescopio Espacial James Webb (JWST)".
Inesperadamente, estas observaciones muestran que podría ser posible que un planeta rocoso caliente y altamente irradiado sostuviera una atmósfera gaseosa, y es un buen augurio para la capacidad del JWST de caracterizar planetas rocosos más fríos (potencialmente habitables) que orbitan estrellas similares al Sol.
Renyu Hu del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA dirigió el equipo. "JWST realmente está ampliando las fronteras de la caracterización de exoplanetas a exoplanetas rocosos", dijo Hu. "Realmente está permitiendo un nuevo tipo de ciencia."
Demory fue invitado al programa de investigación por Hu, quien fue uno de sus colegas cuando estaba en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). Demory ha estado estudiando 55 Cancri e desde el comienzo de su carrera. "Como postdoctorado en el MIT, dirigí el descubrimiento del primer tránsito de 55 Cancri e, y en 2016 mi equipo publicó el primer mapa de un exoplaneta rocoso, que fue 55 Cancri e". El resultado de 2016 ya insinuaba la posible presencia de una atmósfera alrededor de 55 Cancri e.
Para el estudio actual, Demory realizó un análisis independiente del conjunto de datos JWST. Explica:"En los últimos dos años, el telescopio espacial CHEOPS, desarrollado y construido en la Universidad de Berna, ha sido clave para resolver varias preguntas que los astrofísicos tenían sobre 55 Cancri e. JWST complementó esta imagen en longitudes de onda infrarrojas mostrando que la súper Tierra 55 Cancri e podría estar rodeada por una atmósfera con una composición consistente con monóxido de carbono o dióxido de carbono."
Supertierra súper caliente y aún más fría de lo esperado
Aunque 55 Cancri e es similar en composición a los planetas rocosos de nuestro sistema solar, describirlo como "rocoso" podría dar una impresión equivocada. El planeta orbita tan cerca de su estrella (una órbita completa dura 18 horas, en comparación con los 365 días de nuestra Tierra) que su superficie debe estar fundida:un océano de magma profundo y burbujeante. Con una órbita tan estrecha, es probable que el planeta también esté bloqueado por las mareas, con un lado diurno que mira a la estrella en todo momento y un lado nocturno en perpetua oscuridad. "El planeta está tan caliente que parte de la roca fundida debería evaporarse", explicó Hu.
Aunque JWST no puede capturar una imagen directa de 55 Cancri e, puede medir cambios sutiles en la luz del sistema a medida que el planeta orbita la estrella. El equipo utilizó NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) y MIRI (instrumento de infrarrojo medio) de JWST para medir la luz infrarroja procedente del planeta.
Al restar el brillo durante el eclipse secundario, cuando el planeta está detrás de la estrella (solo luz estelar), del brillo cuando el planeta está justo al lado de la estrella (luz de la estrella y el planeta combinados), el equipo pudo calcular la cantidad de luz infrarroja proveniente del lado diurno del planeta en múltiples longitudes de onda simultáneamente.
La primera indicación de que 55 Cancri e podría tener una atmósfera sustancial provino de mediciones de temperatura basadas en su emisión térmica, o energía térmica emitida en forma de luz infrarroja. Si el planeta está cubierto de roca fundida oscura con un fino velo de roca vaporizada o sin atmósfera alguna, la temperatura del lado diurno debería rondar los 2200 grados Celsius.
"En cambio, los datos del MIRI mostraron una temperatura relativamente baja, de unos 1.500 grados Celsius", dijo Hu. "Ésta es una indicación muy fuerte de que la energía se está distribuyendo del lado diurno al nocturno, muy probablemente por una atmósfera rica en volátiles".
Si bien las corrientes de lava pueden transportar algo de calor hacia el lado nocturno, no pueden moverlo con la suficiente eficiencia como para explicar el efecto de enfriamiento. De hecho, durante el día parece varios cientos de grados más frío de lo que debería, incluso si el calor se distribuye uniformemente por todo el planeta. Esto tiene sentido si parte de la luz infrarroja emitida por la superficie es absorbida por la atmósfera y nunca llega al telescopio.
El equipo cree que los gases que cubren 55 Cancri e están burbujeando desde el interior. La atmósfera primaria habría desaparecido hace mucho tiempo debido a la alta temperatura y la intensa radiación de la estrella.
Esta sería una atmósfera secundaria que el océano de magma repone continuamente. El magma no es sólo cristales y roca líquida, también contiene mucho gas disuelto.
Si bien 55 Cancri e es demasiado caliente para ser habitable, podría proporcionar una ventana única para estudiar las interacciones entre atmósferas, superficies e interiores de planetas rocosos, y tal vez proporcionar información sobre la Tierra primitiva, Venus y Marte, que se cree que tuvieron estado cubierto de océanos de magma en el pasado. "En última instancia, queremos entender qué condiciones hacen posible que un planeta rocoso mantenga una atmósfera rica en gas:el ingrediente clave para un planeta habitable", dijo Hu.
Más información: Renyu Hu et al, Una atmósfera secundaria en el exoplaneta rocoso 55 Cancri e, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07432-x
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Berna
