Investigadores del telescopio espacial James Webb de la NASA podrían haber detectado gases atmosféricos en torno a 55 Cancri e, un exoplaneta rocoso caliente situado a 41 años luz de la Tierra. Se trata de la mejor prueba hasta la fecha de la existencia de la atmósfera de un planeta rocoso fuera de nuestro sistema solar.
Renyu Hu, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena (California), es el autor principal de un artículo publicado en Nature. Webb está ampliando las fronteras de la caracterización de exoplanetas a los planetas rocosos, afirma Hu. Realmente está permitiendo un nuevo tipo de ciencia.
La supertierra 55 Cancri e
55 Cancri e, también conocido como Janssen, es uno de los cinco planetas conocidos que orbitan alrededor de la estrella similar al Sol 55 Cancri, en la constelación de Cáncer. Con un diámetro casi dos veces mayor que el de la Tierra y una densidad ligeramente superior, el planeta está clasificado como una supertierra: más grande que la Tierra, más pequeño que Neptuno y probablemente de composición similar a la de los planetas rocosos de nuestro sistema solar.
Sin embargo, describir 55 Cancri e como “rocoso” podría dar una impresión equivocada. El planeta orbita tan cerca de su estrella (a unos 1,4 millones de millas, o una veinticincoava parte de la distancia entre Mercurio y el Sol) que es probable que su superficie esté fundida: un océano burbujeante de magma. Con una órbita tan estrecha, es probable que el planeta esté bloqueado marealmente, con un lado diurno orientado hacia la estrella en todo momento y un lado nocturno en oscuridad perpetua.
A pesar de las numerosas observaciones realizadas desde su descubrimiento en 2011, la cuestión de si 55 Cancri e tiene o no atmósfera -o incluso si podría tenerla dada su alta temperatura y el continuo ataque de la radiación estelar y el viento de su estrella- sigue sin respuesta.
He trabajado en este planeta durante más de una década, afirma Diana Dragomir, investigadora de exoplanetas de la Universidad de Nuevo México y coautora del estudio. Ha sido realmente frustrante que ninguna de las observaciones que hemos estado recibiendo haya resuelto con solidez estos misterios. Estoy encantado de que por fin obtengamos algunas respuestas.
A diferencia de las atmósferas de los planetas gigantes gaseosos, que son relativamente fáciles de detectar (la primera fue detectada por el telescopio espacial Hubble de la NASA hace más de dos décadas), las atmósferas más delgadas y densas que rodean a los planetas rocosos han permanecido esquivas.
Estudios anteriores de 55 Cancri e, realizados con datos del telescopio espacial Spitzer de la NASA, ya retirado, sugerían la presencia de una atmósfera sustancial rica en volátiles (moléculas que se presentan en forma gaseosa en la Tierra) como oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono. Pero los investigadores no podían descartar otra posibilidad: que el planeta esté desnudo, salvo por un tenue manto de roca vaporizada, rica en elementos como silicio, hierro, aluminio y calcio. El planeta está tan caliente que parte de la roca fundida debería evaporarse, explicó Hu.
Para distinguir entre ambas posibilidades, el equipo utilizó las cámaras NIRCam (Near-Infrared Camera) y MIRI (Mid-Infrared Instrument) de Webb para medir la luz infrarroja de 4 a 12 micras procedente del planeta. Aunque Webb no puede captar una imagen directa de 55 Cancri e, sí puede medir sutiles cambios en la luz del sistema a medida que el planeta orbita alrededor de la estrella.
Restando el brillo durante el eclipse secundario, cuando el planeta está detrás de la estrella (sólo luz estelar), del brillo cuando el planeta está justo al lado de la estrella (luz de la estrella y del planeta combinadas), el equipo pudo calcular la cantidad de varias longitudes de onda de luz infrarroja procedentes del lado diurno del planeta. Este método, conocido como espectroscopia de eclipse secundario, es similar al utilizado por otros equipos de investigación para buscar atmósferas en otros exoplanetas rocosos, como TRAPPIST-1 b.
Más frío de lo esperado
El primer indicio de que 55 Cancri e podría tener una atmósfera sustancial provino de mediciones de temperatura basadas en su emisión térmica (imagen inferior, detalles/descarga), o energía calorífica 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 diurna debería rondar los 4.000 grados Fahrenheit (~2.200 grados Celsius).
En cambio, los datos de MIRI mostraron una temperatura relativamente baja de unos 2.800 grados Fahrenheit [~1540 grados Celsius], dijo Hu. Esto es un indicio muy fuerte de que la energía se está distribuyendo desde el lado diurno al nocturno, muy probablemente por una atmósfera rica en volátiles. Aunque las corrientes de lava pueden transportar parte del calor hacia el lado nocturno, no pueden hacerlo con la eficacia suficiente para explicar el efecto de enfriamiento.
Cuando el equipo analizó los datos de NIRCam, observó patrones coherentes con una atmósfera rica en volátiles. Vemos indicios de una caída en el espectro entre 4 y 5 micras: llega menos luz al telescopio, explica Aaron Bello-Arufe, coautor del estudio y también del JPL de la NASA. Esto sugiere la presencia de una atmósfera que contiene monóxido de carbono o dióxido de carbono, que absorben estas longitudes de onda de la luz. Un planeta sin atmósfera o con una atmósfera formada sólo por roca vaporizada no tendría esta característica espectral específica.
Hemos pasado los últimos diez años modelando diferentes escenarios, tratando de imaginar cómo podría ser este mundo, dijo la coautora Yamila Miguel, del Observatorio de Leiden y del Instituto Holandés de Investigación Espacial (SRON). ¡Conseguir por fin una confirmación de nuestro trabajo no tiene precio!.
Océano de magma burbujeante
El equipo cree que los gases que cubren 55 Cancri e estarían burbujeando desde el interior, en lugar de estar presentes desde que se formó el planeta. La atmósfera primaria hace tiempo que desapareció debido a las altas temperaturas y a la intensa radiación de la estrella, explica Bello-Arufe. Se trataría de una atmósfera secundaria que se repone continuamente gracias al océano de magma. El magma no es sólo cristales y roca líquida; también hay mucho gas disuelto en él.
Aunque 55 Cancri e es demasiado caliente para ser habitable, los investigadores creen que podría ofrecer una ventana única para estudiar las interacciones entre las atmósferas, las superficies y los interiores de los planetas rocosos, y tal vez proporcionar información sobre las primeras condiciones de la Tierra, Venus y Marte, que se cree que estuvieron cubiertos 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: un ingrediente clave para un planeta habitable, dijo Hu.
Fuentes
NASA Goddard Space Flight Center | Hu, R., Bello-Arufe, A., Zhang, M. et al. A secondary atmosphere on the rocky Exoplanet 55 Cancri e. Nature (2024). doi.org/10.1038/s41586–024–07432-x
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