I ricercatori che utilizzano il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA potrebbero aver rilevato un’atmosfera che circonda 55 Cancri e, un esopianeta roccioso a 41 anni luce dalla Terra. Questa è la prova migliore fino ad oggi dell’esistenza di un’atmosfera planetaria rocciosa al di fuori del nostro sistema solare. Brice-Olivier Demory, professore di astrofisica all'Università di Berna e membro del Centro nazionale di competenza nella ricerca (NCCR) PlanetS, faceva parte del gruppo di ricerca internazionale che ha appena pubblicato i risultati su Nature .
55 Cancri e è uno dei cinque pianeti conosciuti in orbita attorno a una stella simile al sole nella costellazione del Cancro. Con un diametro quasi doppio di quello della Terra e una densità leggermente maggiore, il pianeta è classificato come una super Terra:più grande della Terra, più piccolo di Nettuno e simile nella composizione ai pianeti rocciosi del nostro sistema solare.
Coautore dello studio è Brice-Olivier Demory del Centro per lo spazio e l'abitabilità CSH dell'Università di Berna e membro del NCCR PlanetS. Dice:"55 Cancri e è uno degli esopianeti più enigmatici. Nonostante l'enorme quantità di tempo di osservazione ottenuto con una dozzina di strutture terrestri e spaziali negli ultimi dieci anni, la sua vera natura è rimasta sfuggente, fino ad oggi, quando parti del puzzle potrebbero finalmente essere messi insieme grazie al James Webb Space Telescope (JWST)".
Inaspettatamente, queste osservazioni mostrano che potrebbe essere possibile per un pianeta roccioso caldo e altamente irradiato sostenere un'atmosfera gassosa, e fa ben sperare per la capacità di JWST di caratterizzare pianeti rocciosi più freddi, potenzialmente abitabili, in orbita attorno a stelle simili al sole.
Renyu Hu del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA ha guidato il team. "JWST sta davvero spingendo le frontiere della caratterizzazione degli esopianeti verso gli esopianeti rocciosi", ha detto Hu. "Sta davvero consentendo un nuovo tipo di scienza."
Demory è stato invitato al programma di ricerca da Hu, che era uno dei suoi colleghi quando era al Massachusetts Institute of Technology (MIT). Demory studia 55 Cancri e dall'inizio della sua carriera. "Come postdoc al MIT ho guidato la scoperta del primo transito di 55 Cancri e, e nel 2016 il mio team ha pubblicato la prima mappa di un esopianeta roccioso, che era 55 Cancri e." Il risultato del 2016 già lasciava intravedere la possibile presenza di un'atmosfera intorno a 55 Cancri e.
Per il presente studio, Demory ha condotto un’analisi indipendente del set di dati JWST. Spiega:"Negli ultimi due anni, il telescopio spaziale CHEOPS, sviluppato e costruito presso l'Università di Berna, è stato fondamentale nel risolvere diverse domande che gli astrofisici avevano circa 55 Cancri e. JWST ha completato questa immagine alle lunghezze d'onda dell'infrarosso mostrando che la super-Terra 55 Cancri e potrebbe essere circondata da un'atmosfera con una composizione compatibile con monossido di carbonio o anidride carbonica."
Super-Terra super calda e ancora più fresca del previsto
Sebbene 55 Cancri e sia simile nella composizione ai pianeti rocciosi del nostro sistema solare, descriverlo come "roccioso" potrebbe lasciare un'impressione sbagliata. Il pianeta orbita così vicino alla sua stella (un'orbita completa dura 18 ore, rispetto ai 365 giorni della nostra Terra) che la sua superficie deve essere fusa:un profondo oceano di magma ribollente. Con un’orbita così stretta, è probabile che anche il pianeta sia bloccato in base alle maree, con un lato diurno sempre rivolto verso la stella e un lato notturno nell’oscurità perpetua. "Il pianeta è così caldo che parte della roccia fusa dovrebbe evaporare", ha spiegato Hu.
Sebbene JWST non possa catturare un’immagine diretta di 55 Cancri e, può misurare sottili cambiamenti nella luce proveniente dal sistema mentre il pianeta orbita attorno alla stella. Il team ha utilizzato la NIRCam (Near-Infrared Camera) e il MIRI (Mid-Infrared Instrument) di JWST per misurare la luce infrarossa proveniente dal pianeta.
Sottraendo la luminosità durante l'eclissi secondaria, quando il pianeta è dietro la stella (solo luce stellare), dalla luminosità quando il pianeta è proprio accanto alla stella (luce proveniente dalla stella e dal pianeta combinati), il team è stato in grado di calcolare la quantità di luce infrarossa proveniente dal lato diurno del pianeta a più lunghezze d'onda contemporaneamente.
La prima indicazione che 55 Cancri e potrebbe avere un'atmosfera sostanziale è venuta dalle misurazioni della temperatura basate sulla sua emissione termica, o energia termica emessa sotto forma di luce infrarossa. Se il pianeta è ricoperto di roccia fusa scura con un sottile velo di roccia vaporizzata o è privo di atmosfera, il lato diurno dovrebbe essere intorno ai 2200 gradi Celsius.
"Invece, i dati MIRI hanno mostrato una temperatura relativamente bassa di circa 1500 gradi Celsius", ha detto Hu. "Questa è un'indicazione molto forte che l'energia viene distribuita dal lato diurno a quello notturno, molto probabilmente da un'atmosfera ricca di volatili."
Sebbene le correnti di lava possano trasportare parte del calore verso il lato notturno, non possono spostarlo in modo sufficientemente efficiente da spiegare l’effetto di raffreddamento. In effetti, il lato diurno sembra diverse centinaia di gradi più freddo di quanto dovrebbe, anche se il calore è distribuito uniformemente su tutto il pianeta. Ciò ha senso se parte della luce infrarossa emessa dalla superficie viene assorbita dall'atmosfera e non raggiunge mai il telescopio.
Il team ritiene che i gas che ricoprono 55 Cancri e provengano dall'interno. L'atmosfera primaria sarebbe scomparsa da tempo a causa dell'elevata temperatura e dell'intensa radiazione della stella.
Questa sarebbe un'atmosfera secondaria che viene continuamente rifornita dall'oceano di magma. Il magma non è composto solo da cristalli e roccia liquida, contiene anche molto gas disciolto.
Sebbene 55 Cancri e sia troppo caldo per essere abitabile, potrebbe fornire una finestra unica per studiare le interazioni tra atmosfere, superfici e interni dei pianeti rocciosi e forse fornire informazioni sulla Terra primordiale, Venere e Marte, che si pensa abbiano stato ricoperto da oceani di magma in un lontano passato. "In definitiva, vogliamo capire quali condizioni rendono possibile per un pianeta roccioso sostenere un'atmosfera ricca di gas:l'ingrediente chiave per un pianeta abitabile", ha affermato Hu.
Ulteriori informazioni: Renyu Hu et al, Un'atmosfera secondaria sull'esopianeta roccioso 55 Cancri e, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07432-x
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito dall'Università di Berna
