Illustrazione dell'esopianeta 55 Cancri e, un pianeta roccioso con un diametro quasi doppio di quello della Terra in orbita a sole 0,015 unità astronomiche dalla sua stella simile al Sole. A causa della sua orbita stretta, il pianeta è estremamente caldo, con temperature diurne che raggiungono i 4.400 gradi Fahrenheit (circa 2.400 gradi Celsius). Crediti:NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Con i suoi segmenti speculari perfettamente allineati e i suoi strumenti scientifici in fase di calibrazione, il James Webb Space Telescope della NASA è a poche settimane dalla piena operatività. Subito dopo la rivelazione delle prime osservazioni quest'estate, inizierà la scienza approfondita di Webb.
Tra le indagini previste per il primo anno ci sono gli studi di due esopianeti caldi classificati come "super-Terre" per le loro dimensioni e composizione rocciosa:il 55 Cancri e ricoperto di lava e l'airless LHS 3844 b. I ricercatori formeranno gli spettrografi ad alta precisione di Webb su questi pianeti al fine di comprendere la diversità geologica dei pianeti in tutta la galassia e l'evoluzione di pianeti rocciosi come la Terra.
Super-terra rovente 55 Cancri e
55 Cancri e orbita a meno di 1,5 milioni di miglia dalla sua stella simile al sole (un venticinquesimo della distanza tra Mercurio e il sole), completando un circuito in meno di 18 ore. Con temperature superficiali molto al di sopra del punto di fusione dei tipici minerali che formano le rocce, si pensa che il lato diurno del pianeta sia ricoperto da oceani di lava.
Si presume che i pianeti che orbitano così vicino alla loro stella siano bloccati dalle maree, con un lato sempre rivolto verso la stella. Di conseguenza, il punto più caldo del pianeta dovrebbe essere quello che si trova di fronte alla stella più direttamente e la quantità di calore proveniente dal lato diurno non dovrebbe cambiare molto nel tempo.
Ma questo non sembra essere il caso. Le osservazioni di 55 Cancri e dal telescopio spaziale Spitzer della NASA suggeriscono che la regione più calda è sfalsata dalla parte che si trova di fronte alla stella più direttamente, mentre la quantità totale di calore rilevata dal lato diurno varia.
Illustrazione che confronta gli esopianeti rocciosi LHS 3844 b e 55 Cancri e con la Terra e Nettuno. Crediti:NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
55 Cancri e ha un'atmosfera densa?
Una spiegazione di queste osservazioni è che il pianeta ha un'atmosfera dinamica che sposta il calore intorno. "55 Cancri e potrebbe avere un'atmosfera densa dominata da ossigeno o azoto", ha spiegato Renyu Hu del Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California, che guida un team che utilizzerà la NIRCam (Near-Infrared Camera) e il Mid-Infrared Instrument (MIRI) di Webb ) per catturare lo spettro di emissione termica del lato diurno del pianeta. "Se ha un'atmosfera, [Webb] ha la sensibilità e la gamma di lunghezze d'onda per rilevarla e determinare di cosa è fatta", ha aggiunto Hu.
Oppure piove lava la sera al 55 Cancri e?
Un'altra possibilità intrigante, tuttavia, è che 55 Cancri e non sia bloccato a marea. Invece, potrebbe essere come Mercurio, che ruota tre volte ogni due orbite (quella che è nota come risonanza 3:2). Di conseguenza, il pianeta avrebbe un ciclo giorno-notte.
"Questo potrebbe spiegare perché la parte più calda del pianeta è stata spostata", ha spiegato Alexis Brandeker, un ricercatore dell'Università di Stoccolma che guida un altro team che studia il pianeta. "Proprio come sulla Terra, ci vorrebbe del tempo prima che la superficie si riscaldi. Il momento più caldo della giornata sarebbe il pomeriggio, non proprio a mezzogiorno."
Il team di Brandeker intende testare questa ipotesi utilizzando NIRCam per misurare il calore emesso dal lato illuminato di 55 Cancri e durante quattro diverse orbite. Se il pianeta ha una risonanza 3:2, osserverà ogni emisfero due volte e dovrebbe essere in grado di rilevare qualsiasi differenza tra gli emisferi.
In questo scenario, la superficie si riscalderebbe, si scioglierebbe e persino vaporizzerebbe durante il giorno, formando un'atmosfera molto sottile che Webb potrebbe rilevare. Di sera, il vapore si raffreddava e si condensava per formare goccioline di lava che sarebbero piovute di nuovo in superficie, tornando solide al calare della notte.
Possibile spettro di emissione termica dell'esopianeta super-Terra caldo LHS 3844 b, misurato dallo strumento a infrarossi medi di Webb. Uno spettro di emissione termica mostra la quantità di luce di diverse lunghezze d'onda dell'infrarosso (colori) emessa dal pianeta. I ricercatori utilizzano modelli computerizzati per prevedere come apparirà lo spettro di emissione termica di un pianeta assumendo determinate condizioni, ad esempio se esiste o meno un'atmosfera e di cosa è fatta la superficie del pianeta. Crediti:NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Un po' più fresca super-terra LHS 3844 b
Mentre 55 Cancri e fornirà informazioni sulla geologia esotica di un mondo ricoperto di lava, LHS 3844 b offre un'opportunità unica per analizzare la roccia solida sulla superficie di un esopianeta.
Come 55 Cancri e, LHS 3844 b orbita estremamente vicino alla sua stella, completando un giro in 11 ore. Tuttavia, poiché la sua stella è relativamente piccola e fredda, il pianeta non è abbastanza caldo da fondere la superficie. Inoltre, le osservazioni di Spitzer indicano che è molto improbabile che il pianeta abbia un'atmosfera consistente.
Di cosa è fatta la superficie di LHS 3844 b?
Sebbene non saremo in grado di visualizzare la superficie di LHS 3844 b direttamente con Webb, la mancanza di un'atmosfera oscurante rende possibile lo studio della superficie con la spettroscopia.
"Si scopre che diversi tipi di roccia hanno spettri diversi", ha spiegato Laura Kreidberg del Max Planck Institute for Astronomy. "Puoi vedere con i tuoi occhi che il granito è di colore più chiaro del basalto. Ci sono differenze simili nella luce infrarossa emessa dalle rocce."
Illustrazione dell'esopianeta LHS 3844 b, un pianeta roccioso con un diametro 1,3 volte quello della Terra in orbita attorno a 0,006 unità astronomiche dalla sua fredda stella nana rossa. Il pianeta è caldo, con temperature diurne stimate superiori a 1.000 gradi Fahrenheit (maggiori di circa 525 gradi Celsius). Crediti:NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI)
Il team di Kreidberg utilizzerà MIRI per catturare lo spettro di emissione termica del lato diurno di LHS 3844 b, quindi confrontarlo con gli spettri di rocce conosciute, come basalto e granito, per determinarne la composizione. Se il pianeta è vulcanicamente attivo, lo spettro potrebbe anche rivelare la presenza di tracce di gas vulcanici.
L'importanza di queste osservazioni va ben oltre solo due degli oltre 5.000 esopianeti confermati nella galassia. "Ci forniranno nuove fantastiche prospettive sui pianeti simili alla Terra in generale, aiutandoci a capire come poteva essere la Terra primordiale quando faceva caldo come lo sono questi pianeti oggi", ha affermato Kreidberg.
Queste osservazioni di 55 Cancri e e LHS 3844 b saranno condotte nell'ambito del programma di Osservatori generali del Ciclo 1 di Webb. I programmi di General Observers sono stati selezionati in modo competitivo utilizzando un doppio sistema di revisione anonimo, lo stesso sistema utilizzato per allocare il tempo su Hubble. + Esplora ulteriormente
