Año 22 Número 85 – Junio 2024
Se detectó por primera vez una atmósfera que rodea a un planeta terrestre fuera del Sistema Solar
Por Gabriela Parisi
Se trata del exoplaneta 55 Cancri e, su estrella madre o anfitriona, 55 Candri A (también llamada Copérnico A) es una estrella como nuestro Sol, una enana amarilla que se encuentra a 41 años luz de la Tierra. Se han descubierto cinco planetas extrasolares orbitando alrededor de la estrella 55 Candri A. En la Tabla 1 se pueden ver sus masas medidas en masas de Júpiter (MJ), sus distancias a 55 Candri A medidas en Unidades Astronómicas UA (UA, es la distancia media entre la Tierra al Sol), sus períodos orbitales medidos en días, y las excentricidades de sus órbitas. Tradicionalmente, se nombran los planetas extrasolares usando el nombre de su estrella madre más una letra minúscula siguiendo orden alfabético y sucesivo según el descubrimiento del planeta, así, el cuarto planeta descubierto alrededor de 55 Candri A se llama 55 Cancri e (designado propiamente «Janssen» por la International Astronomical Union (IAU).
Tabla 1. Créditos: https://es.wikipedia.org/wiki/55_Cancri
La estrella 55 Candri A, además de sus 5 planetas orbitando a su alrededor a distancias menores a 5 UA, posee una estrella compañera que la orbita mucho más lejos a una distancia de 1065 UA y en una revolución orbital que dura por lo menos decenas de miles de años. Las letras mayúsculas A, B, C, D se usan para los compañeros estelares, la compañera de 55 Cancri A se llama 55 Candri B (también llamada Copérnico B) que es una estrella pequeña enana roja.
En la Figura 1 se puede ver una ilustración de las distancias orbitales y los tamaños relativos de los cuatro planetas más internos del sistema planetario de la estrella 55 Cancri A (abajo) en comparación con los planetas del propio Sistema Solar interior (arriba). Tanto Júpiter como el planeta de masa de Júpiter 55 Cancri d están fuera de esta imagen, orbitando su estrella madre con una distancia de casi 5 UA.
Figura 1. Créditos: Centro de Exoplanetas y Mundos Habitables, Universidad Estatal de Pensilvania.
El planeta 55 Candri e, como puede verse en la Tabla 1, es el más interno de los 5 planetas que orbitan a 55 Candri A, y al estar tan cerca de la estrella es un planeta extremadamente caliente, con una temperatura de equilibrio de 2000 K. Su radio es el doble del radio de la tierra y su masa es aproximadamente 8 veces la masa de la Tierra (la masa de Júpiter es 317,8 masas terrestres), es un planeta con una composición principalemte rocosa ya que posee una densidad similar a la de la Tierra. La clasificación de 55 Candri e corresponde a Super Tierra.
Las reacciones químicas que ocurren bajo equilibrio en las atmósferas planetarias son :
(alta Temperatura, cerca de la estrella) CO+ 3H2 ←→
H20 + CH4 (bajaTemperatura lejos de la estrellas)
(alta Temperatura, cerca de la estrella) N2 + 3H2 ←→ 2 NH3 (bajaTemperatura lejos de la estrellas)
Cuando son dominantes el CO y H2 :
(baja Temperatura) CO+ H20 ←→C02 + H2 (altaTemperatura)
Los planetas pueden tener atmósferas primarias o secundarias. Las atmósferas primarias son aquellas ricas en H20 , NH3 y CH4 como ocurre con las atmósferas de los planetas gigantes del Sistema Solar; en éstos la composición es primordial ya que corresponde a la del disco protoplanetario. Al estar a bajas temperaturas por encontrarse lejos del Sol, el gas de sus atmósferas conservó las propiedades primordiales. Los planetas terrestres como la Tierra poseen atmósferas más calientes: son secundarias, producto de ciertas reacciones químicas, como las que se describen en el cuadro, y su posterior evolución. Los planetas terrestres poseen una envoltura gaseosa rica en N2, (el H2 se escapó por ser liviano) y C02 . En especial la Tierra posee O2 producto de la evolución biológica. Pero 55 Candri e no puede albergar vida tal cuál la conocemos; es mucho más caliente que la Tierra y demás planetas rocosos del Sistema solar, dada la cercanía a su estrella anfitriona. Además su proximidad a la estrella madre hace que el planeta sufra una importante fricción por mareas, lo que hace que el interior del planeta sea mucho más caliente que el interior terrestre. Tanto el calentamiento por radiación como por mareas producen una importante actividad geológica en el planeta, y por tal motivo hasta el mes de mayo de 2024 se pensaba que 55 Candri e era un mundo de lava envuelto por una tenue atmósfera hecha de roca vaporizada.
Sin embargo, gracias a los instrumentos a bordo del Telescopio Espacial James Webb (a veces llamado JWST1 o Webb), Renyu Hu y colaboradores encontraron algo que no esperaban. Sus resultados fueron publicados en un trabajo en la revista Nature. Allí reportan un espectro de emisión térmica del planeta obtenido por los instrumentos NIRCam y MIRI del JWST de 4 a 12 {mu}m. Demostraron que la atmósfera de 55 Candri e es volátil probablemente rica en CO2 o CO la que puede ser desgasificada2 y sostenida por un océano de magma descartando la hipótesis previa de que su atmósfera estaba compuesta por roca vaporizada. Se trata de la mejor prueba hasta la fecha de la existencia de un planeta rocoso con atmósfera fuera de nuestro sistema solar.
La Figura 2 muestra una Imagen artística de cómo podría verse el exoplaneta 55 Cancri e basado en observaciones del telescopio espacial JWST y otros observatorios.
Figura 2. Créditos: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI).
En la Figura 3 puede verse el lanzamiento del cohete Ariane 5 con el JWST a bordo el 25 de diciembre de 2021 desde el Centro Espacial de Guayana de la ESA en Kourou, Guayana Francesa.
Figura 3. Creditos: NASA/Bill Ingalls
En la Figura 4 pueden verse los equipos de lanzamiento que monitorean el vuelo del cohete Ariane 5 que transporta el JWST de la NASA, el 25 de diciembre de 2021, en el Centro Espacial de Guayana de la ESA en Kourou, Guayana Francesa.
Figura 4. Creditos: NASA/Bill Ingalls
- El JWST de la NASA es un gran telescopio infrarrojo con un espejo primario de 6,5 metros. El observatorio estudia desde el interior de nuestro sistema solar hasta las galaxias más distantes del universo primitivo.
- La desgasificación es el proceso de eliminación de un gas disuelto en un líquido, en el caso de 55 Candri e el líquido tiene que ser magma, vale decir roca fundida.