El mapa de un exoplaneta rocoso revela un mundo de lava

Representación artística del exoplaneta tipo Super Tierra (de tamaño cerca de dos veces el de la Tierra) 55 Cancri e a 40 años luz de la Tierra ubicado en la constelación de Cancer.

Crédito: NASA/JPL/CalTech

El mapa más detallado hasta la fecha de un pequeño planeta rocoso tipo ‘Super-Tierra’ revela un planeta casi completamente cubierto por lava, con un lado “caliente” fundido y el otro sólido y ‘fríol’.

Un equipo internacional de astrónomos, liderado por la Universidad de Cambridge, ha obtenido la “huella digital” más detallada hasta la fecha, de un planeta rocoso fuera de nuestro Sistema Solar dividido en mitades bien distintas: una que está casi completamente fundida, y la otra que es casi completamente sólida. Según los investigadores, las condiciones en el lado caliente del planeta son tan extremas que pueden haber causado que la atmósfera se evaporara, con el resultado de que las condiciones en los dos lados del planeta varían ampliamente: las temperaturas en el lado caliente pueden alcanzar 2500 grados centígrados, mientras que las temperaturas en el lado frío están alrededor de los 1.100 grados. Los resultados se publicaron en la revista Nature . Utilizando los datos del telescopio espacial Spitzer de la NASA, los investigadores examinaron un planeta conocido como 55 Cancri e, que orbita alrededor de una estrella similar al Sol ubicada a 40 años luz de distancia en la constelación de Cáncer, y han mapeado cómo cambian las condiciones en el planeta a lo largo de una órbita completa, siendo la primera vez que esto se ha logrado para un planeta tan pequeño.

This artists concept contrasts our familiar Earth with the exceptionally strange planet known as 55 Cancri e. While it is only about twice the size of the Earth, NASA's Spitzer Space Telescope has gathered surprising new details about this supersized and superheated world. Astronomers first discovered 55 Cancri e in 2004, and continued investigation of the exoplanet has shown it to be a truly bizarre place. The world revolves around its sun-like star in the shortest time period of all known exoplanets just 17 hours and 40 minutes. (In other words, a year on 55 Cancri e lasts less than 18 hours.) The exoplanet orbits about 26 times closer to its star than Mercury, the most Sun-kissed planet in our solar system. Such proximity means that 55 Cancri e's surface roasts at a minimum of 3,200 degrees Fahrenheit (1,760 degrees Celsius). The new observations with Spitzer reveal 55 Cancri e to have a mass 7.8 times and a radius just over twice that of Earth. Those properties place 55 Cancri e in the "super-Earth" class of exoplanets, a few dozen of which have been found. However, what makes this world so remarkable is the resulting low density derived from these measurements. The Spitzer results suggest that about a fifth of the planet's mass must be made of light elements and compounds, including water. In the intense heat of 55 Cancri e's terribly close sun, those light materials would exist in a "supercritical" state, between that of a liquid and a gas, and might sizzle out of the planet's surface. Only a handful of known super-Earths, however, cross the face of their stars as viewed from our vantage point in the cosmos. At just 40 light years away, 55 Cancri e stands as the smallest transiting super-Earth in our stellar neighborhood. In fact, 55 Cancri is so bright and close that it can be seen with the naked eye on a clear, dark night.

Esta representación artística contrasta nuestra familiar Tierra con el planeta excepcionalmente extraño 55 Cancri e. Mientras que su tamaño es cerca de dos veces el de la Tierra, el telescopio espacial Spitzer ha juntado detalles sorprendentes sobre este super caliente mundo de super tamaño.

nuevos detalles

55 Cancri e es una “super-Tierra ‘: un exoplaneta rocoso aproximadamente del doble del tamaño y ocho veces la masa de la Tierra y orbita su estrella madre tan de cerca que un año (tiempo que el planeta emplea en hacer una órbita) dura sólo 18 horas. El planeta también está bloqueado por las mareas, lo que significa que siempre muestra la misma cara a su estrella, similar a lo que le sucede a la Luna, por lo que hay un lado que está permanente de “día” y el otro permanentemente de “noche”. Ya que se encuentra entre las Super- Tierras más cercanas cuya composición puede ser estudiada, 55 Cancri e es uno de los mejores candidatos para las observaciones detalladas de la superficie y las condiciones atmosféricas en los exoplanetas rocosos.

Ploteo del brillo en el infrarojo de 55 Cancri e con los datos tomados con el telescopio espacial SPITZER de la NASA. Examinando curvas de luz como estas, los astrónomos pueden determinar cuánta luz proviene sólamente del exoplaneta, representada en color naranja en la parte superior del diagrama.

Crédito del diagrama: NASA/SPITZER/CalThec

El descubrimiento de las características de las Super-Tierras es difícil, ya que son tan pequeñas en comparación con la estrella madre que su contraste en relación con la estrella es muy pequeño a diferencia de lo que sucede con los exoplanetas de mayor tamaño, los planetas gigantes de gas caliente, llamados ‘Júpiter calientes’.

“Todavía no hemos encontrado ningún otro planeta tan pequeño como este que orbite tan cerca de su estrella madre, y también que esté relativamente cerca de nosotros, por lo que 55 Cancri e ofrece una multitud de posibilidades”, dijo el doctor Brice-Olivier Demory del laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, autor principal del artículo. “Todavía no sabemos exactamente de qué esta hecho este planeta – lo que sigue siendo un enigma. Estos resultados son como agregar otro ladrillo en la pared, pero la naturaleza exacta de este planeta aún no está completamente entendida “.

55 Cancri e se ha estudiado ampliamente desde que fue descubierto en el 2011. Sobre la base de las lecturas tomadas en diferentes momentos, se pensó que es un mundo de agua, o incluso hecho de diamante, pero los investigadores creen ahora que está casi completamente cubierto por lava.

“Hemos entrado en una nueva era de la teledetección atmosférica de exoplanetas rocosos”, dijo el coautor del estudio, el Dr. Nikku Madhusudhan, del Instituto de Astronomía de Cambridge. “Es increíble que ahora seamos capaces de medir la distribución a gran escala de la temperatura en la superficie de un exoplaneta rocoso.”

Sobre la base de estas nuevas mediciones infrarrojas, el lado de “día” del planeta parece estar casi completamente fundido, mientras que el lado en plena “noche” es casi completamente sólido. Sin embargo el calor del lado de día no circula de manera eficiente al lado en plena noche. En la Tierra, la atmósfera ayuda en la recirculación del calor, manteniendo las temperaturas a través de todo el planeta dentro de un rango relativamente estrecho. Pero en 55 Cancri e, el lado caliente se mantiene caliente y el lado frío se mantiene frío.

Según Demory, una posibilidad para explicar esta variación podría ser o bien una completa falta de atmósfera, o una que ha sido parcialmente destruida debido a la fuerte irradiación de la estrella cercana anfitrión . “En el lado de día, la temperatura es de alrededor de 2.500 grados centígrados, mientras que en el lado de la noche es alrededor de 1100 grados – que es una gran diferencia”, dijo. “Creemos que todavía podría haber una atmósfera en el lado de la noche, pero las temperaturas en el lado de día son tan extremas que la atmósfera puede haberse evaporado por completo, lo que significa que el calor no se transfiere de manera eficiente, o no es transferido en absoluto desde el lado diurno al lado de la noche “.

Otra posibilidad para la gran discrepancia entre el lado de día y el lado de la noche puede ser que la lava fundida en el lado del día mueve el calor a lo largo de la superficie, pero ya que en el lado de la noche, es en su mayoría lava sólida el calor no se mueve alrededor del planeta de la manera más eficiente.

Lo que no está claro, sin embargo, es en primer lugar, de dónde sale exactamente el calor “extra” de 55 Cancri e , ya que las observaciones revelan una fuente desconocida de calor que hace al planeta más caliente de lo esperado únicamente a partir de la irradiación de la estrella – pero los investigadores van a tener que esperar hasta que se ponga en marcha la próxima generación del telescopio espacial para averiguarlo.

Para Demory, estas nuevas lecturas también muestran lo difícil que será detectar un planeta similar a la Tierra. Cuanto más pequeño es un planeta, más difícil es de detectar. Y una vez que se ha encontrado un planeta rocoso, está la cuestión de si se encuentra en la denominada zona habitable, donde se dan las condiciones para la vida . “El problema es que las personas no están de acuerdo en lo que es la zona habitable”, dijo Demory. “Por ejemplo, algunos estudios consideran que Marte y Venus están en la zona habitable, pero la vida tal como la conocemos no es posible en cualquiera de esos planetas. La comprensión de las propiedades de la superficie y del clima de estos otros mundos,eventualmente, nos permitirá poner en contexto el clima y la habitabilidad de la Tierra “.

Una posibilidad podría ser la de mirar a las estrellas que son mucho más frías y más pequeñas que nuestro Sol, como las enanas tipo M, lo que significaría que los planetas podrían estar mucho más cerca de su estrella y aún así estar en la zona habitable. Los tamaños de tales planetas con respecto a su estrella serían mayores, lo que los hacen más detectables desde la Tierra.

Pero por el momento, Demory y sus colegas planean seguir estudiando 55 Cancri e, con el fin de ver qué otros secretos podría tener, incluyendo la posibilidad de que pudiera estar rodeado por un toroide de gas y polvo, lo que podría dar cuenta de algunas de las variaciones en los datos. Y en el 2018, el sucesor del Hubble y Spitzer, el telescopio espacial James Webb, se pondrá en marcha, permitiendo a los astrónomos mirar a los planetas fuera de nuestro Sistema Solar con niveles de precisión. completamente nuevos.

Referencia:
Brice-Olivier Demory et al. “Un mapa del gradiente de temperatura extrema día-noche de un exoplaneta tipo Super-Tierra ‘. Nature (2016). DOI: 10.1038 / nature17169

Fuente: University of Cambridge. Artículo original : Map of rocky exoplanets reveals a lava world