De todas las supertierras conocidas, 55 Cancri e es una de las más adecuadas para estudiar su atmósfera. Orbita en una estrella solar (G8V), brillante, visible a simple vista, a sólo unos 40 años luz. Además, los tránsitos se producen cada 18 horas, lo que facilita el trabajo. El planeta está muy muy caliente, es un auténtico infierno que a menudo supera los 2.000 K.
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| Un Mar de Lava emitiendo una atmósfera de minerales. (Fuente: Ron Miller. NASA) |
Fue descubierta por velocidades radiales ya en 2004 (McArthur), pero por su masa de más de 8 M⊕ se pensaba que era un minineptuno. Sólo en 2011 cuando se anunciaron sus tránsitos (Winn et al.) detectados por MOST, se comprendió que tenía una naturaleza rocosa por su radio de 2 R⊕, y una densidad similar a la de la Tierra. Con esa masa, el planeta está sometido a una enorme compresión que aumenta su densidad. Si estuviera formado por un manto de silicatos con un núcleo metálico su densidad sería mucho mayor. Es decir, para explicar esa densidad terrestre era necesaria la abundante presencia de agua, gases y otros elementos ligeros.
Planeta de Carbono y Diamantes. En 2012 el elevado contenido en carbono de la estrella 55 Cancri llevó a Madhusudhan a especular sobre la posibilidad de que 55 Cancri e fuera un “Planeta de Carbono” en el que gran parte de su manto pudiera estar compuesto por carbono. En el planeta deberían abundar los diamantes gigantescos. De esta manera, al contener abundante carbono, y pocos compuestos de silicio, podía explicarse la reducida densidad sin necesidad de incluir una atmósfera rica en compuestos volátiles.
Esta hipótesis del “Planeta de Carbono” se debilitó cuando el estudio de los eclipses secundarios, los tránsitos y la totalidad de la curva fotométrica en el infrarrojo pusieron de manifiesto la posible presencia de una atmósfera. Los estudios de la curva de fase comenzaron en 2012 cuando Demory y Gillon usando el telescopio Spitzer realizaron la detección de la emisión térmica de 55 Cancri e.
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| Representación artística de 55 Cancri e. (Crédito: M. Kommesser. Fuente: ESA/NASA) |
La supuesta Atmósfera de Hidrógeno. Utilizando el HST Tsiaras anunció en 2015 líneas de absorción propias del hidrógeno y el helio, con vestigios de lo que parecía ser HCN. El resultado de esta atmósfera de hidrógeno no fue confirmado.
Pronto, los modelos teóricos pusieron de manifiesto que estos volátiles tan ligeros (H2, He) no eran estables en un planeta tan caliente, aunque no faltan voces discrepantes a este planteamiento. El agua, con una escala de tiempo de escape del planeta mucho mayor, no era en cambio descartada de la atmósfera del planeta.
La Atmósfera Mineral. Se supone que el planeta sufre acoplamiento de marea, es decir, al igual que la Luna, presenta siempre la misma cara, en este caso a la estrella. Cuando se produce el eclipse secundario, el planeta pasa por detrás de la estrella, y la reducción de luminosidad se debe a que dejamos de recibir la luz del planeta, cuando el planeta está mostrando la cara iluminada. Midiendo esta reducción de luz infrarroja se puede determinar su elevada temperatura. Las mediciones en el infrarrojo arrojan temperaturas que a menudo superan los 2.000 K.
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| La curva en el infrarrojo de 55 Cancri e. A la izquierda, el profundo tránsito (el planeta pasa por delante de la estrella). A la derecha, el eclipse secundario (el planeta pasa por detrás de la estrella). Es llamativo que el máximo de luz no se produce durante el eclipse, cuando observamos la cara iluminada del planeta. (Fuente: Demory. 2016) |
Esta medición no es estable, y suele variar drásticamente. Es decir, la temperatura del lado iluminado no es constante. Quizá puede ser debido a elecciones volcánicas o la presencia de nubes opacas.
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| Varios eclipses secundarios de 55 Cancri e. Se ha confirmada que la profundidad del eclipse no es estable. Es decir, la temperatura medida de lado iluminado no es estable: ¿erupciones volcánicas? o quizá nubes opacas oscurecen nuestra visión. (Fuente: Tamburo et al. 2018) |
Cabría esperar que justo antes y después del eclipse secundario fuera cuando mayor flujo infrarrojo recibiéramos, porque el planeta estaría mostrando la totalidad de su cara iluminada. No es así. Esto se interpreta como que en una zona al este del punto subestelar (el eterno mediodía) está especialmente caliente. Quizá un mar de lava o una zona volcánica fruto del efecto marea. Otra explicación puede estar en el fenómeno de la super-rotación, en el que la atmósfera rota más rápido que el resto del planeta.
El contraste de la emisión térmica noche-día ponen de relieve la existencia de algún mecanismo que transmita el calor. Puede ser debido a circulación del calor en una gruesa atmósfera o un planeta sin atmósfera en el que hay flujos poco viscosos de lava, aunque esta última idea ha sido criticada y se considera menos plausible.
Estas elevadas temperaturas son coherentes con lo que se denominan “Atmósferas Minerales”, formadas por los vapores emitidos por los mares de lava y dominadas por compuestos que en nuestra Tierra son sólidos, como Na, K, Fe, Si, SiO, O, O2,...
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| La composición de una Atmósfera Mineral, producida por un Mar de Lava, varía con la temperatura. (Fuente: Masahiro Ikoma. Vía @JayneBirkby ExoMol2018) |
La hipótesis de la gruesa “Atmósfera Mineral” se ha visto parcialmente apoyada en 2016 con los indicios de una exosfera dominada por el sodio y el calcio ionizado. Son resultados muy poco sólidos que necesitan confirmación.
Desde entonces se han considerado atmósferas minerales y otras compuestas de gases más normales. En 2017 Isabel Angelo y Renyu Hu proponen una gruesa atmósfera de 1,4 atmósferas dominada por CO o N2, con menor abundancia de H2O o CO2.
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| Renyu Hu dando una charla durante Exoplanets2 sobre la composición de 55 Cancri e. En la foto aparece Isabel Angelo (Vía @semaphore_P) |
Seguiremos informando. Atentos.
Una entrada de 2016 sobre los planetas infernales.
http://exoplanetashabitables.blogspot.com/2016/06/55-cancri-e-y-otros-planetas-infernales.html
2011. Winn anuncia los tránsitos de 55 Cancri e, una estrella que puede verse a simple vista.
2012. Madhusudhan y su propuesta sobre los planetas de carbono.
2012. Demory detecta la emisión térmica con Spitzer. Se detectaba luz de un planeta rocoso en otra estrella.
2015. Demory detecta la viabilidad en la emisión térmica del planeta.
2015. Tsiaras detecta por primera vez una atmósfera en un planeta terrestre de otra estrella. El resultado no ha sido confirmado.
2016. Demory. Se muestran las diferencias de temperatura entre la noche y eul día.
Aparece una zona especialmente caliente.
2016. Indicios poco robustos de una exosfera de Sodio (3σ) y calcio ionizado (4σ)
2017. Búsqueda de agua en la atmósfera de 55 Cancri e desde observatorios terrestres. La introducción es un buen resumen de la situación de los estudios del planeta.
2017, Isabel Angelo y Renyu Hu intentan determinar la atmósfera de 55 Cancri e. Proponen una gruesa atmósfera de 1,4 atmósferas dominada por CO o N2, con menos abundancias de H2O o CO2.
2017. Hammond y Pierrehumbert analizan la fotométrica térmica para determinar la atmósfera del planeta. Los datos parecen consistentes con una atmósfera (más gruesa que la puramente mineral), de 5 atmósferas.
2018. Tamburo et al. confirman la variabilidad del eclipse secundario.
2018. Análisis del sistema 55 Cancri. Se aportan nuevas mediciones de 55 Cancri e. Masa: 8 Mt. Radio: 1,88 Rt. Densidad: 6,7 g/cm3.
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