¡Hallazgo! Webb podría haber encontrado el primer planeta rocoso con atmósfera

Los investigadores que utilizan el telescopio espacial James Webb pueden haber detectado gases atmosféricos que rodean a 55 Cancri e, un exoplaneta rocoso y caliente a 41 años luz de la Tierra. Lo que da lugar a la mejor evidencia hasta la fecha de la existencia de una atmósfera de planeta rocoso fuera de nuestro Sistema Solar. 

Renyu Hu del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, afirmó en un artículo publicado en Nature : "Webb está ampliando las fronteras de la caracterización de exoplanetas hacia los planetas rocosos, permitiendo un nuevo tipo de ciencia". 

¿Pero por qué es tan importante este hallazgo, y qué pasa con la atmósfera de otros planetas rocosos?

Supertierra supercaliente 55 Cancri e 

Exoplaneta súper terrestre 55 Cancri e (concepto artístico) // ESA

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 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 (a unos 2,25 millones de kilómetros, o una vigésima quinta parte de la distancia entre Mercurio y el Sol) que es probable que su superficie esté fundida en: un océano burbujeante de magma. En 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 tenerla, dada su alta temperatura y el continuo ataque de radiación estelar y viento de su estrella) ha quedado sin respuesta. 

A diferencia de las atmósferas de los gigantes gaseosos, que son relativamente fáciles de detectar (la primera fue detectada por el Telescopio Espacial Hubble 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. 

Medición de variaciones sutiles en colores infrarrojos 

Para distinguir entre las dos posibilidades, el equipo utilizó 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. 

Exoplaneta supertierra 55 Cancri e (espectro de emisión) // ESA

Aunque Webb no puede capturar una imagen directa de 55 Cancri e, puede medir cambios sutiles en la luz de todo el sistema a medida que el planeta orbita la estrella. 

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 varias longitudes de onda de luz infrarroja procedente del lado diurno del planeta. 

Este método, conocido como espectroscopia de eclipses secundarios, es similar al utilizado por otros equipos de investigación para buscar atmósferas en otros exoplanetas rocosos, como TRAPPIST-1 b. 

Más fresco 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 de roca fundida oscura con un fino velo de roca vaporizada, o no tiene atmósfera alguna, la temperatura del lado diurno debería rondar los 2200 grados Celsius. 

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. "Esto sugiere la presencia de una atmósfera que contiene monóxido de carbono o dióxido de carbono, los cuales absorben estas longitudes de onda de luz". Un planeta sin atmósfera o sólo con roca vaporizada en una atmósfera no tendría esta característica espectral específica. 

Océano de magma burbujeante 

Exoplaneta súper Tierra 55 Cancri e (curva de luz del eclipse secundario) // ESA

El equipo cree que los gases que cubren 55 Cancri e estarían burbujeando desde el 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", dijo Aaron. “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”. 

Con toda probabilidad, cualquier atmósfera que rodee al planeta sería más compleja y bastante variable como resultado de las interacciones con el océano de magma. Además de monóxido de carbono o dióxido de carbono, podría haber gases como nitrógeno, vapor de agua, dióxido de azufre, algunas rocas vaporizadas e incluso nubes de corta duración formadas por diminutas gotas de lava condensadas en el aire. 

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 las atmósferas, superficies e interiores de planetas rocosos, y tal vez proporcionar información sobre la Tierra primitiva, Venus y Marte, que se cree haber estado cubierto de océanos de magma en el pasado.  

Artículo original: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_hints_at_atmosphere_around_rocky_exoplanet