I ricercatori pensano di aver finalmente intravisto un’atmosfera ricca di sostanze volatili che circonda un pianeta roccioso. La luce emessa dall’esopianeta caldo e altamente irradiato 55 Cancri e mostra prove convincenti di un’atmosfera, probabilmente ricca di anidride carbonica o monossido di carbonio, che potrebbe ribollire da un vasto oceano di lava che copre la superficie del pianeta. Il risultato è la migliore prova fino ad oggi di un’atmosfera rocciosa di un pianeta al di fuori del nostro sistema solare.

I ricercatori che utilizzano il telescopio spaziale James Webb della NASA potrebbero aver rilevato i gas atmosferici che circondano 55 Cancri e, un esopianeta roccioso caldo a 41 anni luce dalla Terra.

Questa è la migliore prova fino ad oggi dell’esistenza di un’atmosfera di un pianeta roccioso al di fuori del nostro sistema solare.

Renyu Hu del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA a Pasadena, in California, è l’autore principale di un articolo pubblicato su Nature.

” Webb sta spingendo le frontiere della caratterizzazione degli esopianeti verso i pianeti rocciosi”, ha detto Hu. “Sta davvero rendendo possibile un nuovo tipo di scienza”

55 Cancri e, noto anche come Janssen, è uno dei cinque pianeti conosciuti in orbita attorno alla stella simile al Sole 55 Cancri, 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 probabilmente simile nella composizione ai pianeti rocciosi del nostro sistema solare.

Descrivere 55 Cancri e come “roccioso”, tuttavia, potrebbe lasciare un’impressione sbagliata. Il pianeta orbita così vicino alla sua stella (circa 1,4 milioni di miglia, o un venticinquesimo della distanza tra Mercurio e il Sole) che è probabile che la sua superficie sia fusa.

Con un’orbita così stretta, è anche probabile che il pianeta sia bloccato dalle maree, con un lato diurno che si affaccia sempre verso la stella e un lato notturno in perenne oscurità.

Nonostante le numerose osservazioni da quando si è scoperto, nel 2011, la domanda se 55 Cancri e abbia o meno un’atmosfera o addirittura potrebbe averne una, data la sua alta temperatura e il continuo assalto di radiazioni stellari e vento dalla sua stella, è rimasta senza risposta.

“Ho lavorato su questo pianeta per più di un decennio”, ha detto 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 robusto questi misteri. Sono entusiasta che stiamo finalmente ottenendo delle risposte!”

A differenza delle atmosfere dei pianeti giganti gassosi, che sono relativamente facili da individuare è stato rilevato per la prima volta dal telescopio spaziale Hubble della NASA (più di due decenni fa), le atmosfere più sottili e dense che circondano i pianeti rocciosi sono rimaste sfuggenti.

Studi precedenti di 55 Cancri e utilizzando i dati del telescopio spaziale Spitzer della NASA, ora in pensione, hanno suggerito la presenza di un’atmosfera sostanziale ricca di sostanze volatili (molecole che si trovano in forma gassosa sulla Terra) come ossigeno, azoto e anidride carbonica.

Ma i ricercatori non hanno potuto escludere un’altra possibilità: che il pianeta sia spoglio, ad eccezione di un tenue velo 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.

 

Misurazione di sottili variazioni nei colori a infrarossi

Per distinguere tra le due possibilità, il team ha utilizzato la NIRCam (Near-Infrared Camera) e la MIRI (Mid-Infrared Instrument) 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 del sistema mentre il pianeta orbita attorno alla stella.

Sottraendo la luminosità durante l’eclissi secondaria, quando il pianeta si trova dietro la stella (solo luce stellare), dalla luminosità quando il pianeta è proprio accanto alla stella (luce della stella e del pianeta combinati), il team è stato in grado di calcolare la 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 fresco del previsto

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 coperto da roccia fusa scura con un sottile velo di roccia vaporizzata o nessuna atmosfera, il lato diurno dovrebbe essere di circa 4.000 gradi Fahrenheit (~ 2.200 gradi Celsius).

“Invece, i dati MIRI hanno mostrato una temperatura relativamente bassa di circa 2.800 gradi Fahrenheit [~ 1540 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”.

Mentre le correnti di lava possono trasportare un po’ di calore verso la notte, 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 volatilità. “Vediamo prove di un calo dello spettro tra i 4 e i 5 micron – meno di questa luce sta raggiungendo il telescopio”, ha spiegato il co-autore Aaron Bello-Arufe, anche lui del JPL della NASA.

“Questo suggerisce la presenza di un’atmosfera contenente monossido di carbonio o anidride carbonica, che assorbono queste lunghezze d’onda della luce”. Un pianeta senza atmosfera o un’atmosfera costituita solo da roccia vaporizzata non avrebbe questa specifica caratteristica spettrale.

“Abbiamo trascorso gli ultimi dieci anni a modellare diversi scenari, cercando di immaginare come potrebbe essere questo mondo”, ha detto la coautrice Yamila Miguel dell’Osservatorio di Leida e dell’Istituto olandese per la ricerca spaziale (SRON). “Avere finalmente qualche conferma del nostro lavoro non ha prezzo!”

Oceano di magma ribollente

Il team pensa che i gas che ricoprono 55 Cancri e sarebbero fuoriusciti dall’interno, piuttosto che essere presenti da quando il pianeta si è formato.

“L’atmosfera primaria sarebbe scomparsa da tempo a causa dell’alta temperatura e dell’intensa radiazione della stella”, ha detto Bello-Arufe.

“Si tratterebbe di un’atmosfera secondaria che viene continuamente rifornita dall’oceano di magma. Il magma non è solo cristalli e roccia liquida; C’è anche molto gas disciolto”.

55 Cancri e è troppo caldo per essere abitabile, ma i ricercatori pensano che potrebbe fornire una finestra unica per studiare le interazioni tra atmosfere, superfici e interni di pianeti rocciosi, e forse fornire informazioni sulle prime condizioni di Terra, Venere e Marte, che si pensa siano state ricoperte da oceani di magma molto tempo fa.

“In definitiva, vogliamo capire quali condizioni rendono possibile per un pianeta roccioso sostenere un’atmosfera ricca di gas: un ingrediente chiave per un pianeta abitabile”, ha detto Hu.

 

Immagine: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)