O conceito deste artista mostra como poderia ser o exoplaneta 55 Cancri e. Também chamado de Janssen, 55 Cancri e é a chamada super-Terra, um planeta rochoso significativamente maior que a Terra, mas menor que Netuno, que orbita sua estrela a uma distância de apenas 1,4 milhão de milhas (0,015 unidades astronômicas), completando uma órbita completa. em menos de 18 horas. (Mercúrio está 25 vezes mais longe do Sol do que 55 Cancri e está da sua estrela.) O sistema, que também inclui quatro grandes planetas gigantes gasosos, está localizado a cerca de 41 anos-luz da Terra, na constelação de Câncer. Crédito: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Observações recentes do Telescópio Espacial James Webb lançaram luz sobre a enigmática super-Terra 55 Cancri e, revelando a sua provável atmosfera composta por gases como monóxido ou dióxido de carbono. Esta descoberta destaca as condições extremas do planeta devido à sua proximidade com a sua estrela e ao seu potencial para fornecer informações sobre as primeiras atmosferas dos planetas rochosos.
55 Cancri e é um dos cinco planetas conhecidos que orbitam uma estrela semelhante ao Sol na constelação de Câncer. Com diâmetro quase duas vezes maior que a Terra e densidade um pouco maior, o planeta é classificado como uma super-Terra: maior que a Terra, menor que Netunoe de composição semelhante aos planetas rochosos do nosso sistema solar.
Brice-Olivier Demory do Centro de Espaço e Habitabilidade CSH do Universidade de Berna e membro do NCCR PlanetS é coautor do estudo que acaba de ser publicado em Natureza.
Ele diz: “55 Cancri e é um dos exoplanetas mais enigmáticos. Apesar do enorme tempo de observação obtido com uma dúzia de instalações terrestres e espaciais na última década, a sua própria natureza permaneceu indefinida, até hoje, quando peças do puzzle puderam finalmente ser montadas graças ao Telescópio Espacial James Webb (JWST). .”
Inesperadamente, estas observações mostram que pode ser possível que um planeta rochoso quente e altamente irradiado sustente uma atmosfera gasosa, e isto é um bom augúrio para a capacidade do JWST de caracterizar planetas rochosos mais frios – potencialmente habitáveis – orbitando estrelas semelhantes ao Sol. Renyu Hu de NASALaboratório de Propulsão a Jato (JPL) lidera a equipe publicando seus resultados em Natureza. “O JWST está realmente ampliando as fronteiras do exoplaneta caracterização de exoplanetas rochosos”, disse Hu. “Está realmente possibilitando um novo tipo de ciência.”
Impressão artística de CHEOPS. Crédito: ESA/ATG medialab
O telescópio espacial CHEOPS apresentou descobertas importantes
Demory foi convidado para o programa de pesquisa por Hu, um de seus colegas quando estava no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (COM). Demory estuda 55 Cancri e desde o início de sua carreira: “Como pós-doutorado no MIT liderei a descoberta do primeiro trânsito de 55 Cancri e, e em 2016 minha equipe publicou o primeiro mapa de um exoplaneta rochoso, que tinha 55 Cancri e. Cancri e.”
O resultado de 2016 já sugeria a possível presença de uma atmosfera em torno de 55 Cancri e. Para o estudo atual, Demory conduziu uma análise independente do conjunto de dados JWST. Ele explica: “Nos últimos dois anos, o telescópio espacial CHEOPS, que foi desenvolvido e construído na Universidade de Berna, tem sido fundamental na resolução de várias questões que os astrofísicos tinham sobre 55 Cancri e. O JWST complementou esta imagem em comprimentos de onda infravermelhos ao mostrar que a super-Terra 55 Cancri e pode estar rodeada por uma atmosfera com uma composição consistente com monóxido de carbono ou dióxido de carbono.”
Super-Terra superquente e ainda mais fria do que o esperado
Embora 55 Cancri e seja semelhante em composição aos planetas rochosos do nosso sistema solar, descrevê-lo como “rochoso” pode deixar uma impressão errada. O planeta orbita tão perto da sua estrela (uma órbita completa dura 18 horas, em comparação com os 365 dias da nossa Terra) que a sua superfície deve estar derretida – um oceano profundo e borbulhante de magma. Com uma órbita tão estreita, é provável que o planeta também esteja bloqueado pelas marés, com um lado diurno sempre voltado para a estrela e um lado noturno em escuridão perpétua. “O planeta está tão quente que parte da rocha derretida deveria evaporar”, explicou Hu.
Embora o JWST não consiga capturar uma imagem direta de 55 Cancri e, pode medir mudanças subtis na luz do sistema à medida que o planeta orbita a estrela. A equipe usou NIRCam (Near-Infrared Camera) e MIRI (Mid-Infrared Instrument) do JWST para medir a luz infravermelha originada do planeta. Ao subtrair o brilho durante o eclipse secundário, quando o planeta está atrás da estrela (apenas a luz das estrelas), do brilho quando o planeta está mesmo ao lado da estrela (luz da estrela e do planeta combinados), a equipa conseguiu calcular a quantidade de luz infravermelha vinda do lado diurno do planeta em vários comprimentos de onda simultaneamente.
A primeira indicação de que 55 Cancri poderia ter uma atmosfera substancial veio de medições de temperatura baseadas na sua emissão térmica, ou energia térmica emitida na forma de luz infravermelha. Se o planeta estiver coberto por rocha escura derretida com um fino véu de rocha vaporizada ou sem atmosfera alguma, o lado diurno deverá estar em torno de 2.200 graus. Celsius.
“Em vez disso, os dados do MIRI mostraram uma temperatura relativamente baixa de cerca de 1.500 graus Celsius”, disse Hu. “Esta é uma indicação muito forte de que a energia está sendo distribuída do lado diurno para o noturno, muito provavelmente por uma atmosfera rica em voláteis.” Embora as correntes de lava possam transportar algum calor para o lado noturno, elas não conseguem movê-lo com eficiência suficiente para explicar o efeito de resfriamento. Na verdade, o lado diurno parece várias centenas de graus mais frio do que deveria, mesmo que o calor se espalhe uniformemente por todo o planeta. Isto faz sentido se parte da luz infravermelha emitida pela superfície estiver sendo absorvida pela atmosfera e nunca atingir o telescópio.
Oceano de magma borbulhante
A equipe pensa que os gases que cobrem 55 Cancri e estão borbulhando do interior. A atmosfera primária já teria desaparecido há muito tempo devido à alta temperatura e à intensa radiação da estrela. Esta seria uma atmosfera secundária continuamente reabastecida pelo oceano de magma. Magma não é apenas cristais e rochas líquidas; também contém muito gás dissolvido.
Embora 55 Cancri e seja quente demais para ser habitável, ele poderia fornecer uma janela única para estudar as interações entre atmosferas, superfícies e interiores de planetas rochosos, e talvez fornecer insights sobre a Terra primitiva, Vênuse Marte, que se acredita terem sido cobertos por oceanos de magma no passado distante. “Em última análise, queremos compreender que condições tornam possível a um planeta rochoso sustentar uma atmosfera rica em gás: o ingrediente chave para um planeta habitável”, disse Hu.
Mais sobre esta pesquisa:
Renyu Hu, Aaron Bello-Arufe, Michael Zhang, Kimberly Paragas, Mantas Zilinskas, Christiaan van Buchem, Michael Bess, Jayshil Patel, Yuichi Ito, Mario Damiano, Markus Scheucher, Apurva V. Oza, Heather A. Knutson, Yamila Miguel, Diana Dragomir, Alexis Brandeker e Brice-Olivier Demory, 8 de maio de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07432-x
