Webb de la NASA insinúa un posible surr de la atmósfera

Los investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA pueden haber detectado gases atmosféricos que rodean 55 Cancri e, un exoplaneta rocoso y caliente a 41 años luz de la Tierra. Esta es la mejor evidencia hasta la fecha de la existencia de una atmósfera de 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 hoy en Naturaleza. “Webb está ampliando las fronteras de la caracterización de exoplanetas hacia los planetas rocosos”, dijo Hu. “Realmente está permitiendo un nuevo tipo de ciencia”.

Súper Tierra Súper Caliente 55 Cancri e

55 Cancri e (imagen abajo, detalles/descarga), también conocido como Janssen, es uno de los cinco planetas conocidos que orbitan la estrella similar al Sol 55 Cancri, 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 pequeño que Neptuno y probablemente similar en composición a 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 (alrededor de 1,4 millones de millas, o un veinticinco 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 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.

A pesar de numerosas observaciones desde que se descubrió que transitaba en 2011, la cuestión de si 55 Cancri e tiene atmósfera o incluso podría La pregunta que se ha hecho, dada su alta temperatura y el continuo ataque de radiación estelar y viento de su estrella, ha quedado sin respuesta.

“He trabajado en este planeta durante más de una década”, dijo 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 de manera sólida estos misterios. ¡Estoy encantado de que finalmente 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 los planetas rocosos siguen siendo difíciles de alcanzar.

Estudios anteriores de 55 Cancri e utilizando datos del ahora retirado Telescopio Espacial Spitzer de la NASA sugirieron la presencia de una atmósfera sustancial rica en 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, rica en elementos como silicio, hierro, aluminio y calcio. “El planeta está tan caliente que parte de la roca fundida debería evaporarse”, explicó Hu.

Medición de variaciones sutiles en colores infrarrojos

Para distinguir entre las dos posibilidades, el equipo utilizó la NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) y MIRI (instrumento de infrarrojo medio) de Webb para medir la luz infrarroja de 4 a 12 micrones proveniente del planeta.

Aunque Webb 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.

Restando el brillo durante el eclipse secundario (imagen a continuación, detalles/descarga), cuando el planeta está detrás de la estrella (solo luz de las estrellas), 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 diferentes longitudes de onda de luz infrarroja procedente del lado diurno del planeta.

Este método, conocido como espectroscopía de eclipses secundarios, 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 a continuación, detalles/descarga), 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, el lado diurno debería estar alrededor de 4000 grados Fahrenheit (~2200 grados Celsius).

“En cambio, los datos MIRI mostraron una temperatura relativamente baja de alrededor de 2.800 grados Fahrenheit. [~1540 degrees Celsius]”, dijo Hu. “Esta 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.

Cuando el equipo examinó los datos de NIRCam, vio patrones consistentes con una atmósfera rica en volátiles. “Vemos evidencia de una caída en el espectro entre 4 y 5 micrones: menos luz llega al telescopio”, explicó el coautor Aaron Bello-Arufe, también del JPL de la NASA. “Esto sugiere la presencia de una atmósfera que contiene monóxido de carbono o dióxido de carbono, que absorbe estas longitudes de onda de luz”. Un planeta sin atmósfera o con una atmósfera compuesta únicamente de roca vaporizada no tendría esta característica espectral específica.

“Hemos pasado los últimos diez años modelando diferentes escenarios, tratando de imaginar cómo sería este mundo”, dijo la coautora Yamila Miguel del Observatorio de Leiden y el Instituto Holandés de Investigación Espacial (SRON). “¡Obtener finalmente alguna 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 habría desaparecido hace mucho debido a la alta temperatura y la intensa radiación de la estrella”, dijo Bello-Arufe. “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, los investigadores creen que podría proporcionar una ventana única para estudiar las interacciones entre atmósferas, superficies e interiores de planetas rocosos, y tal vez proporcionar información sobre las condiciones tempranas 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.

Esta investigación se llevó a cabo como parte del Programa de Observadores Generales (GO) de Webb de 1952. Actualmente se están realizando análisis de observaciones adicionales del eclipse secundario de 55 Cancri e.

El Telescopio Espacial James Webb es el primer observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y explorando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.