Webb detecta la atmósfera de "55 Cancri e", un exoplaneta rocoso.

Webb detecta la atmósfera de «55 Cancri e», un exoplaneta rocoso

El Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA podría haber detectado la atmósfera de «55 Cancri e», un exoplaneta rocoso caliente a 41 años luz de la Tierra. Esta es la mejor evidencia hasta la fecha de la existencia de atmósfera en un planeta rocoso fuera de nuestro Sistema Solar.

«55 Cancri e»: Una supertierra supercaliente

«55 Cancri e» es uno de los cinco planetas conocidos que orbitan una estrella similar al Sol en la constelación de Cáncer. Con un diámetro casi dos veces mayor que el de la Tierra y una densidad ligeramente mayor, el planeta está clasificado como una supertierra.

Las supertierras son planetas más grandes que la Tierra, pero más pequeños que Neptuno, y su composición es probablemente similar a la de los planetas rocosos de nuestro Sistema Solar.

Sin embargo, describir a «55 Cancri e» como rocoso podría dar una impresión equivocada. El planeta orbita tan cerca de su estrella, que su superficie probablemente esté fundida, formando un océano de magma burbujeante.

Con una órbita tan estrecha (una veinticincoava parte de la distancia entre Mercurio y el Sol), es probable que el planeta también esté acoplado por mareas, con una cara diurna siempre iluminada y una nocturna en oscuridad perpetua.

¿Tenue velo de roca vaporizada o verdadera atmósfera?

Muchas han sido las observaciones de «55 Cancri e» desde que se descubrió transitando su estrella en 2011.

Sin embargo, la pregunta de si tiene o no una atmósfera (o incluso si podría tener una, dada su alta temperatura y el continuo bombardeo de radiación y viento estelar al que está sometido), había quedado aun sin respuesta.

A diferencia de las atmósferas de los planetas gigantes gaseosos, que son relativamente fáciles de detectar, las atmósferas más delgadas y densas que rodean a los planetas rocosos han permanecido indetectables hasta ahora.

Estudios previos de «55 Cancri e» utilizando datos del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, ya retirado, sugirieron la presencia de una atmósfera sustancial rica en volátiles, moléculas gaseosas como el oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono.

Pero los investigadores no pudieron descartar la posibilidad de que el planeta no tenga una verdadera atmósfera, sino un tenue velo de roca vaporizada, rico en elementos como silicio, hierro, aluminio y calcio.

Espectroscopia de eclipse secundario

Para distinguir entre estas dos posibilidades, el equipo utilizó la NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) y la MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) del Webb para medir la luz infrarroja de 4 a 12 micras proveniente del planeta.

Aunque Webb no puede capturar una imagen directa de «55 Cancri e», puede, sin embargo, medir cambios sutiles en la luz del sistema Estrella-Planeta mientras el planeta orbita la estrella.

Durante un eclipse secundario (cuando el planeta se encuentra detrás de la estrella), solo se recibe luz de la estrella. Cuando planeta y estrella se ven uno junto al otro, se recibe la luz combinada de estrella y lado diurno del planeta.

Datos recopilados utilizando el modo de espectroscopía de baja resolución del MIRI de Webb en marzo de 2023. Cada uno de los puntos morados muestra la luminosidad de la luz, que varía en longitud de onda desde 7.5 hasta 11.8 micras, promediada en intervalos de aproximadamente cinco minutos. La línea gris es la curva de luz del modelo que se ajusta más estrechamente a los datos. La temperatura del planeta calculada a partir de estos datos es de aproximadamente 1.500 grados Celsius, significativamente más baja de lo esperable para un planeta sin una atmósfera significativa.
Datos recopilados utilizando el modo de espectroscopía de baja resolución del MIRI de Webb en marzo de 2023. Cada uno de los puntos morados muestra la luminosidad de la luz, que varía en longitud de onda desde 7.5 hasta 11.8 micras, promediada en intervalos de aproximadamente cinco minutos. La línea gris es la curva de luz del modelo que se ajusta más estrechamente a los datos. La temperatura del planeta calculada a partir de estos datos es de aproximadamente 1.500 grados Celsius, significativamente más baja de lo esperable para un planeta sin una atmósfera significativa.

Al restar el brillo del eclipse secundario del que se produce cuando estrella y planeta aparecen uno junto al otro, el equipo pudo obtener las distintas longitudes de onda de luz infrarroja provenientes 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

La primera indicación de que «55 Cancri e» podría tener una atmósfera sustancial provino de mediciones de temperatura basadas en su emisión térmica (la energía térmica emitida en forma de luz infrarroja).

Si el planeta está cubierto por roca fundida, con un velo delgado de roca vaporizada, o no tiene atmósfera en absoluto, el lado diurno debería estar a unos 2.200 grados Celsius.

En cambio, los datos de MIRI mostraron una temperatura, relativamente baja, de unos 1.540 grados Celsius. Esto es indicio de que la energía térmica se está distribuyendo desde el lado diurno al nocturno, muy probablemente gracias a una atmósfera rica en volátiles.

Si bien las corrientes de lava pueden llevar algo de calor del lado diurno al nocturno, no pueden moverlo con suficiente eficiencia como para explicar este enfriamiento.

Espectro de emisión térmica capturado por la NIRCam de Webb en noviembre de 2022, y el MIRI en marzo de 2023, que muestra la luminosidad (eje y) de diferentes longitudes de onda de luz infrarroja (eje x) emitida por "55 Cancri e". El espectro muestra que el planeta puede estar rodeado por una atmósfera rica en dióxido o monóxido de carbono y otros volátiles, no solo roca vaporizada.
Espectro de emisión térmica capturado por la NIRCam de Webb en noviembre de 2022, y el MIRI en marzo de 2023, que muestra la luminosidad (eje y) de diferentes longitudes de onda de luz infrarroja (eje x) emitida por «55 Cancri e». El espectro muestra que el planeta puede estar rodeado por una atmósfera rica en dióxido o monóxido de carbono y otros volátiles, no solo roca vaporizada.

Cuando el equipo examinó los datos de NIRCam, vieron una caída en el espectro de entre 4 y 5 micras, lo que sugiere la presencia de una atmósfera que contiene monóxido o dióxido de carbono, que absorben estas longitudes de onda del espectro.

Un planeta sin atmósfera, o con una tenue atmósfera de roca vaporizada, no podría mostrar esta característica espectral específica.

«55 Cancri e»: Un océano de magma burbujeante

El equipo cree que los gases que envuelven a «55 Cancri e» estarían burbujeando desde su interior, en lugar de estar presentes desde la formación del planeta. 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 se reabastecería continuamente por el océano de magma. El magma no está compuesto solo de cristales y roca líquida, también hay mucho gas disuelto en él.

Si bien «55 Cancri e» está demasiado caliente para ser habitable, los investigadores creen que ofrece una oportunidad única para estudiar las interacciones entre las atmósferas, las superficies y los interiores de los planetas rocosos.

Quizás también podría proporcionar información sobre las primitivas Venus, Tierra y Marte, que se cree que estuvieron cubiertas por océanos de magma en el pasado.

Fuente: Webb hints at possible atmosphere surrounding rocky exoplanet

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