Descubren evidencias de una atmósfera alrededor de un planeta rocoso que orbita una estrella similar al Sol
El telescopio espacial James Webb de la NASA ha descubierto la existencia de una atmósfera alrededor de un exoplaneta rocoso llamado 55 Cancri e, situado en la constelación de Cáncer.
Por el Goddard Space Flight Center-NASA
Representación artística del exoplaneta 55 Cancri e, que podría estar rodeado por una atmósfera rica en dióxido de carbono o monóxido de carbono. Cortesía: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Astrónomos creen haber detectado, con la ayuda del telescopio espacial James Webb de la NASA, gases atmosféricos en 55 Cancri e, un exoplaneta rocoso y caliente situado a 41 años luz de la Tierra. Esta es la mejor evidencia hasta la fecha de la existencia de una atmósfera en un planeta rocoso fuera de nuestro sistema solar.
"El James Webb está ampliando las fronteras de la caracterización de exoplanetas a los planetas rocoso—dice Renyu Hu, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, en Pasadena (California) y autor principal del artículo publicado en la revista Nature. Y añade—: Realmente está permitiendo un nuevo tipo de ciencia".
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: mayor que la Tierra, menor que Neptuno y probablemente de composición similar a la de los planetas rocosos del Sistema Solar.
La superficie de 55 Cancri e podría estar fundida, por la proximidad del planeta a su sol.
Sin embargo, describir el planeta 55 Cancri e como rocoso podría dar una impresión equivocada. Este orbita tan cerca de su estrella —a unos 2,2 millones de kilómetros, 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 se encuentre en una situación de bloqueo mareal, 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— confiesa Diana Dragomir, investigadora de exoplanetas de la Universidad de Nuevo México y coautora del estudio. Y añade—: Ha sido realmente frustrante que ninguna de las observaciones que hemos estado recibiendo haya resuelto con solidez estos misterios. Estoy encantada de que por fin obtengamos algunas respuestas”.
A la caza de las atmósferas de los planetas rocosos.
A diferencia de las atmósferas de los planetas gigantes gaseosos, que son relativamente fáciles de detectar —la primera fue registrada 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 siguen siendo difíciles de alcanzar.
Estudios anteriores de 55 Cancri apoyados en datos del ahora retirado telescopio espacial Spitzer de la NASA sugirieron la presencia de una atmósfera sustancial rica en compuestos volátiles —moléculas que se encuentran en forma de gas en la Tierra—, como oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono.
Pero los investigadores no pudieron descartar otra posibilidad: que el planeta esté desnudo, salvo por un tenue manto de roca vaporizada, rico en elementos como silicio, hierro, aluminio y calcio. "El planeta está tan caliente que parte de la roca fundida debería evaporarse”, señala Hu.
Para distinguir entre ambas posibilidades, el equipo utilizó las cámaras NIRCam (Near-Infrared Camera) y MIRI (Mid-Infrared Instrument) del James Webb para medir la luz infrarroja de 4 a 12 micras procedente del planeta.
Aunque el James Webb no puede captar una imagen directa de 55 Cancri e, sí es capaz de 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.
Esta curva de luz muestra el cambio en el brillo del sistema 55 Cancri a medida que el planeta rocoso 55 Cancri e, el más cercano de los cinco planetas conocidos del sistema, se mueve detrás de la estrella. Este fenómeno se conoce como eclipse secundario. Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
El primer indicio de que 55 Cancri e podría tener una atmósfera sustancial provino de las mediciones de temperatura basadas en su emisión térmica 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 2.200 ºC.
“En cambio, los datos de la cámara MIRI mostraron una temperatura relativamente baja de unos 1540 ºC—dice Hu. Y continúa—: 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, sin incapaces de hacerlo con la eficacia suficiente para explicar el efecto de enfriamiento.
Una atmósfera rica en monóxido de carbono o dióxido de carbono.
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. Y añade—: 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 únicamente 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— comenta la coautora Yamila Miguel, del Observatorio de Leiden y del Instituto Holandés de Investigación Espacial (SRON). Y añade—: ¡Conseguir por fin una confirmación de nuestro trabajo no tiene precio!”.
Un espectro de emisión térmica captado por las cámaras NIRCam y MIRI muestra el brillo (eje y) de diferentes longitudes de onda de luz infrarroja (eje x) emitida por el exoplaneta 55 Cancri e. Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Un 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. Y cintinúa—: 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 é”.
Aunque 55 Cancri e es demasiado caliente para ser habitable, los investigadores creen que podría proporcionar una ventana única para estudiar las interacciones entre las atmósferas, las superficies y los interiores de los planetas rocosos, y tal vez proporcionar ideas sobre las primeras condiciones de la Tierra, Venus y Marte, que se cree que estuvieron cubiertos de océanos de magma mucho tiempo atrás.
“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”, concluye Hu.
Información facilitada por el Goddard Space Flight Center-NASA -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Hu, R., Bello-Arufe, A., Zhang, M. et al. A secondary atmosphere on the rocky Exoplanet 55 Cancri e. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07432-x
