Con sus segmentos de espejo bellamente alineados y sus instrumentos científicos en proceso de calibración, el Telescopio Espacial James Webb de la NASA está a solo unas semanas de estar en pleno funcionamiento. Poco después de que se revelen las primeras observaciones este verano, comenzará la ciencia en profundidad de Webb.
Entre las investigaciones previstas para el primer año se encuentran los estudios de dos exoplanetas calientes clasificados como “súper-Tierras” por su tamaño y composición rocosa: el 55 Cancri e cubierto de lava y el LHS 3844 b sin aire. Los investigadores entrenarán los espectrógrafos de alta precisión de Webb en estos planetas con miras a comprender la diversidad geológica de los planetas en toda la galaxia y la evolución de los planetas rocosos como la Tierra.
Super-Caliente Super-Tierra 55 Cancri e
55 Cancri e orbita a menos de 1,5 millones de millas de su estrella similar al Sol (una veinticinco parte de la distancia entre Mercurio y el Sol), completando un circuito en menos de 18 horas. Con temperaturas superficiales muy por encima del punto de fusión de los típicos minerales formadores de rocas, se cree que el lado diurno del planeta está cubierto de océanos de lava.
Ilustración que compara los exoplanetas rocosos LHS 3844 b y 55 Cancri e con la Tierra y Neptuno. Tanto 55 Cancri e como LHS 3844 b están entre la Tierra y Neptuno en términos de tamaño y masa, pero son más similares a la Tierra en términos de composición. Los planetas están dispuestos de izquierda a derecha en orden creciente de radio.
Se supone que los planetas que orbitan tan cerca de su estrella están bloqueados por mareas, con un lado mirando hacia la estrella en todo momento. Como resultado, el punto más caliente del planeta debería ser el que esté más directamente frente a la estrella, y la cantidad de calor procedente del lado diurno no debería cambiar mucho con el tiempo.
Pero este no parece ser el caso. Las observaciones de 55 Cancri e del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA sugieren que la región más caliente está desplazada de la parte que mira más directamente a la estrella, mientras que la cantidad total de calor detectada en el lado diurno varía.
¿55 Cancri e tiene una atmósfera densa?
Una explicación para estas observaciones es que el planeta tiene una atmósfera dinámica que mueve el calor. «55 Cancri e podría tener una atmósfera densa dominada por oxígeno o nitrógeno», explicó Renyu Hu del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, quien lidera un equipo que utilizará la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) de Webb y el instrumento de infrarrojo medio (MIRI). ) para capturar el espectro de emisión térmica del lado diurno del planeta. “Si tiene una atmósfera, [Webb] tiene la sensibilidad y el rango de longitud de onda para detectarlo y determinar de qué está hecho”, agregó Hu.
¿O está lloviendo lava por la tarde en 55 Cancri e?
Sin embargo, otra posibilidad intrigante es que 55 Cancri e no esté bloqueado por mareas. En cambio, puede ser como Mercurio, girando tres veces por cada dos órbitas (lo que se conoce como resonancia 3:2). Como resultado, el planeta tendría un ciclo día-noche.
“Eso podría explicar por qué se desplaza la parte más caliente del planeta”, explicó Alexis Brandeker, investigador de la Universidad de Estocolmo que dirige otro equipo que estudia el planeta. “Al igual que en la Tierra, la superficie tardaría en calentarse. El momento más caluroso del día sería por la tarde, no justo al mediodía”.
El equipo de Brandeker planea probar esta hipótesis utilizando NIRCam para medir el calor emitido por el lado iluminado de 55 Cancri e durante cuatro órbitas diferentes. Si el planeta tiene una resonancia de 3:2, observarán cada hemisferio dos veces y deberían poder detectar cualquier diferencia entre los hemisferios.
En este escenario, la superficie se calentaría, se derretiría e incluso se vaporizaría durante el día, formando una atmósfera muy delgada que Webb podría detectar. Por la noche, el vapor se enfriaría y se condensaría para formar gotas de lava que lloverían de regreso a la superficie, volviendo a solidificarse al caer la noche.
