Le osservazioni con il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA potrebbero aver rilevato gas atmosferici che circondano 55 Cancri e, un esopianeta caldo e roccioso a 41 anni luce dalla Terra.
Pubblicata sulla rivista Nature, questa è la prova migliore fino ad oggi dell’esistenza di un’atmosfera planetaria rocciosa al di fuori del nostro Sistema Solare, secondo l’ESA.
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 superiore, il pianeta è classificato come una super-Terra: più grande della Terra, più piccolo di Nettuno e probabilmente simile nella composizione ai pianeti rocciosi del nostro Sistema Solare.
Tuttavia descrivere 55 Cancri e come roccioso potrebbe dare un’impressione sbagliata. Il pianeta orbita così vicino alla sua stella (circa 2,25 milioni di chilometri, ovvero un ventesimo della distanza tra Mercurio e il Sole) che la sua superficie è probabilmente fusa: un oceano ribollente di magma. In un’orbita così stretta, il pianeta è probabilmente anche bloccato in base alle maree, con un lato diurno rivolto sempre verso la stella e un lato notturno nell’oscurità perpetua.
Nonostante numerose osservazioni da quando è stato scoperto in transito nel 2011, la domanda se 55 Cancri e abbia un’atmosfera (o addirittura potrebbe averne una, data la sua elevata temperatura e il continuo assalto di radiazioni stellari e vento dalla sua stella) è rimasta senza risposta.
“Lavoro su questo pianeta da più di un decennio”, ha detto in una nota Diana Dragomir, ricercatrice di esopianeti presso l’Università del New Mexico e coautrice dello studio. “È stato davvero frustrante che nessuna delle osservazioni che abbiamo ricevuto abbia risolto in modo concreto questi misteri. Sono entusiasta che finalmente stiamo ottenendo delle risposte!”
A differenza delle atmosfere dei giganti gassosi, che sono relativamente facili da rilevare (la prima è stata rilevata dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA più di due decenni fa), le atmosfere più sottili e dense che circondano i pianeti rocciosi rimangono difficili da raggiungere.
Precedenti studi di 55 Cancri e che utilizzavano i dati del telescopio spaziale Spitzer della NASA, ora in pensione, suggerivano la presenza di un’atmosfera sostanziale ricca di sostanze volatili (molecole che si trovano sotto forma di gas sulla Terra) come ossigeno, azoto e anidride carbonica. Ma i ricercatori non possono escludere un’altra possibilità: che il pianeta sia nudo, fatta eccezione per un sottile mantello di roccia vaporizzata, ricco di elementi come silicio, ferro, alluminio e calcio. “Il pianeta è così caldo che parte della roccia fusa dovrebbe evaporare”, ha spiegato Hu.
Per distinguere tra le due possibilità, il team ha utilizzato la NIRCam (fotocamera nel vicino infrarosso) e il MIRI (strumento nel medio infrarosso) di Webb per misurare la luce infrarossa da 4 a 12 micron proveniente dal pianeta.
Sebbene Webb non possa catturare un’immagine diretta di 55 Cancri e, può misurare sottili cambiamenti nella luce dell’intero sistema mentre il pianeta orbita attorno alla stella.
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 il valore quantità di varie lunghezze d’onda della luce infrarossa proveniente dal lato diurno del pianeta.
Questo metodo, noto come spettroscopia di eclissi secondaria, è simile a quello utilizzato da altri gruppi di ricerca per cercare atmosfere su altri esopianeti rocciosi, come TRAPPIST-1 b.
PIÙ FREDDO DEL PREVISTO
La prima indicazione che 55 Cancri e potrebbe avere un’atmosfera consistente è venuta dalle misurazioni della temperatura basate sulla sua emissione termica, l’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 non ha alcuna atmosfera, la temperatura diurna dovrebbe essere intorno ai 2.200 gradi Celsius.
“Invece, i dati MIRI hanno mostrato una temperatura relativamente bassa di circa 1.540 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 i flussi di lava possano trasportare parte del calore verso il lato notturno, non possono spostarlo in modo abbastanza efficiente da spiegare l’effetto di raffreddamento.
Quando il team ha esaminato i dati NIRCam, ha visto modelli coerenti con un’atmosfera ricca di volatili. “Vediamo prove di un calo nello spettro tra 4 e 5 micron: meno luce raggiunge il telescopio”, ha spiegato il coautore Aaron Bello-Arufe, anche lui del JPL. “Ciò suggerisce la presenza di un’atmosfera contenente monossido di carbonio o anidride carbonica, che assorbono entrambe queste lunghezze d’onda della luce.” Un pianeta senza atmosfera o con solo roccia vaporizzata in un’atmosfera non avrebbe questa specifica caratteristica spettrale.
Il team ritiene che i gas che ricoprono 55 Cancri e gorgogliano dall’interno, invece di essere presenti sin dalla formazione del pianeta. “L’atmosfera primaria sarebbe scomparsa molto tempo fa a causa dell’elevata temperatura e dell’intensa radiazione della stella”, ha detto Bello-Arufe. “Si tratterebbe di un’atmosfera secondaria che l’oceano di magma riempie continuamente. Il magma non è solo cristalli e roccia liquida, ma contiene anche molto gas disciolto.”
