A 41 anni luce dalla Terra, attorno alla stella simile al Sole chiamata 55 Cancri, nella costellazione del Cancro, orbitano cinque pianeti. Uno di questi, 55 Cancri e, è un esopianeta roccioso con un diametro quasi il doppio di quello della Terra e una densità leggermente maggiore, classificato quindi come una super-Terra. La sua superficie è probabilmente fusa.

Ora, le osservazioni della NIRCam e del MIRI del telescopio spaziale James Webb nel vicino e medio infrarosso suggeriscono che il pianeta potrebbe essere circondato da un’atmosfera ricca di anidride carbonica (CO2) o monossido di carbonio (CO). I ricercatori ritengono che i gas che compongono l’atmosfera potrebbero essere fuoriusciti da un oceano di magma, che si ritiene ricopra la superficie del pianeta.

Questa è la migliore prova fino ad oggi dell’esistenza di un’atmosfera attorno a un pianeta roccioso al di fuori del nostro Sistema Solare.

The floor is lava! 🔥

Webb may have detected atmospheric gasses around molten 55 Cancri e, 41 light years from Earth. It’s the best evidence to date for a rocky planet with an atmosphere outside our solar system! https://t.co/8pl9VAIS1M pic.twitter.com/BYmC3K5reC

— NASA Webb Telescope (@NASAWebb) May 8, 2024

Un’atmosfera per 55 Cancri e?

55 Cancri e orbita così vicino alla sua stella (circa 1.4 milioni di miglia, ovvero un venticinquesimo della distanza tra Mercurio e il Sole) che è probabile che la sua superficie sia fusa, un oceano ribollente di magma. Con un’orbita così stretta, è anche molto probabile che il pianeta sia bloccato dalle maree, con un lato diurno sempre rivolto verso la stella e un lato notturno in costante oscurità.

Nonostante le numerose osservazioni effettuate da quando è stato scoperto il suo transito nel 2011, la questione se 55 Cancri e abbia o meno un’atmosfera, e in particolare se potrebbe averne una data la sua elevata temperatura e il continuo bombardamento di radiazioni e venti dalla sua stella, è rimasta senza risposta.

A differenza delle atmosfere dei pianeti giganti gassosi, relativamente facili da individuare, le atmosfere più sottili e dense che circondano i pianeti rocciosi sono sfuggenti. Precedenti studi su 55 Cancri con il telescopio spaziale Spitzer della NASA suggerivano la presenza di un’atmosfera sostanziale ricca di sostanze volatili come ossigeno, azoto e anidride carbonica. Ma i ricercatori non hanno potuto escludere un’altra possibilità: che il pianeta sia nudo, fatta eccezione per un tenue velo di roccia vaporizzata, ricco di elementi come silicio, ferro, alluminio e calcio.

Il Webb dice di sì

Utilizzando la NIRCam e MIRI, gli scienziati hanno misurato la luce infrarossa da 4 a 12 micron proveniente dal pianeta. Sebbene Webb non possa catturare un’immagine diretta di 55 Cancri e, infatti, può misurare sottili cambiamenti nella luce proveniente dal sistema mentre il pianeta orbita attorno alla stella. Sottraendo la luminosità durante l’eclissi secondaria (quando il pianeta è dietro la stella) dalla luminosità quando il pianeta è proprio accanto alla stella, il team è stato in grado di calcolare la quantità di varie lunghezze d’onda della luce infrarossa proveniente dal lato diurno del pianeta.

Questo metodo, noto come spettroscopia di eclissi secondaria, è simile a quello utilizzato da altri gruppi di ricerca per cercare atmosfere su altri esopianeti rocciosi, come TRAPPIST-1 b.

Le misurazioni della temperatura di 55 Cancri e basate sulla sua emissione termica, ovvero sull’energia termica emessa sotto forma di luce infrarossa, dicono che la temperatura del lato diurno dovrebbe essere di circa 2 200 gradi Celsius. I dati MIRI hanno mostrato invece una temperatura relativamente “bassa”, di circa 1540 gradi Celsius. Questa, spiegano gli scienziati, sarebbe un’indicazione molto forte che l’energia viene distribuita dal lato diurno a quello notturno, molto probabilmente da un’atmosfera ricca di volatili. Sebbene le correnti di lava possano trasportare parte del calore verso il lato notturno, infatti, non possono spostarlo in modo abbastanza efficiente da spiegare l’effetto di raffreddamento.

Un’atmosfera continuamente rifornita dal magma

Quando il team ha esaminato i dati di Webb, ha visto quindi modelli coerenti con un’atmosfera ricca di volatili per questo esopianeta. ” Vediamo prove di un calo nello spettro tra 4 e 5 micron: meno di questa luce raggiunge il telescopio” ha spiegato il coautore Aaron Bello-Arufe, del JPL. “Ciò suggerisce la presenza di un’atmosfera contenente monossido di carbonio o anidride carbonica, che assorbe queste lunghezze d’onda della luce”. Un pianeta senza atmosfera o un’atmosfera costituita solo da roccia vaporizzata, infatti, non avrebbe questa specifica caratteristica spettrale.

Il team, comunque, ritiene che i gas che ricoprono 55 Cancri e non siano presenti sin dal momento della formazione del pianeta, ma provengano dal suo magmatico interno. “L’atmosfera primaria sarebbe scomparsa da tempo a causa dell’elevata temperatura e dell’intensa radiazione della stella”, ha affermato Bello-Arufe. “Questa sarebbe un’atmosfera secondaria, che viene continuamente rifornita dall’oceano di magma. Il magma non è solo cristalli e roccia liquida. C’è anche molto gas disciolto dentro.”

Anche se troppo caldo per essere abitabile, 55 Cancri e potrebbe fornire un punto di partenza importante per studiare le interazioni tra atmosfere, superfici e interni dei pianeti rocciosi. E quindi, forse, fornire informazioni sulle condizioni della Terra, Venere e Marte primordiali, probabilmente anch’essi ricoperti da un’oceano di magma.

Lo studio, pubblicato su Nature, è reperibile qui.