55 Cancri e es un exoplaneta con una crisis de identidad.

Tras ser descubierto en 2004 en una órbita abrasadora alrededor de una estrella a 40 años luz de distancia, los astrónomos llamaron al planeta una "súper-Tierra". Con una masa casi ocho veces mayor y dos veces el tamaño de nuestro propio mundo, 55 Cancri e es un peso wélter que abarca el difuso límite entre los planetas terrestres y los gigantes gaseosos. No existe nada como esto en nuestro sistema solar. Durante años, los investigadores han pensado que la mejor explicación para su tamaño intermedio es un núcleo rocoso, del tamaño de la Tierra ahogado bajo una atmósfera densa y humeante. Ahora, sin embargo, un nuevo mapa del planeta –el primero de su tipo para un mundo tan pequeño– sugiere en cambio que 55 Cancri e podría no tener atmósfera, y podría ser una sofocante bola de escoria medio fundida.

Usando 80 horas de observación del telescopio espacial de rayos infrarrojos Spitzer de la NASA, un equipo dirigido por Brice-Olivier Demory de la Universidad de Cambridge ha mapeado toscamente las "curvas de fase" térmicas del planeta –variaciones en su brillo a medida que circunda su estrella–. El planeta está anclado por las mareas a su estrella, lo que significa que el mundo gira solo una vez por órbita, de modo que un hemisferio está bañado eternamente por la luz solar, mientras que el otro languidece en la oscuridad. Las mediciones del equipo sugieren que el lado nocturno del planeta en realidad exhibe un brillo rojizo debido a que su temperatura parece ser superior a los 1.000 grados Celsius –tan caliente como un horno de fundición–. La verdadera sorpresa es que el lado diurno de 55 Cancri e es el doble de hirviente, con su punto más caliente desplazado hacia el este de la posición esperada, directamente debajo de la estrella. Los hallazgos aparecen en Nature. (Scientific American es parte de Springer Nature).

La diferencia extrema entre las temperaturas de las caras diurna y nocturna sugiere que 55 Cancri e no tiene atmósfera apreciable, ya que los vientos deberían redistribuir el calor entre los dos hemisferios. Sin embargo, el punto caliente desplazado de la cara diurna sugiere que de todos modos, algo está redistribuyendo el calor, barriendo hacia el este, lejos del "punto sub-estelar" en la superficie del planeta, donde la luminosidad de la estrella es más intensa. "Por primera vez, hemos utilizado la teledetección para mapear la distribución de temperaturas de una súper-Tierra", dice el coautor del estudio Nikkhu Madhusudhan de la Universidad de Cambridge. "Eso es un gran resultado, pero lo que nos está diciendo es bastante peculiar: una parte de los datos dice que este planeta no puede tener una atmósfera, pero otra parte dice que hay algo allí que debe fluir".

Ese "algo", según Demory, es probable que sea roca fundida. "El punto caliente de 55 Cancri e, si no tiene atmósfera, significaría que estamos viendo un planeta rocoso desnudo con una porción de lava líquida en su superficie que hace circular parcialmente el calor lejos del lado diurno", dice Demory. El lado diurno estaría cubierto de mares de lava en circulación, con las lavas más ligeras, menos viscosas que fluyen hacia el lado nocturno, donde se podrían enfriar lentamente y cristalizar como roca sólida.

Alternativamente, dice, el planeta podría tener una atmósfera, aunque una muy extraña, llena de nubes de roca evaporada. Los vientos predominantes podrían barrer las nubes hacia el este, con la rotación del planeta, creando el punto caliente desplazado, pero el vapor de roca tendría que congelar muy rápidamente y caer a la superficie después de cruzar hacia el lado nocturno. "El problema es encontrar una mezcla de compuestos que se comporte así", dice Demory. "Necesitamos algo raro que pueda ser gaseoso en el lado diurno y aún así se condense sobre el lado nocturno. Hemos buscado, pero hasta ahora no hemos encontrado ninguna sustancia que se adapte a estos criterios, por lo que nuestra explicación preferida, hasta que se demuestre lo contrario, es lava".

"Es muy emocionante que tengamos una curva de fase de una súper-Tierra", dice Sara Seager, una astrónoma y científica planetaria del Instituto de Tecnología de Massachusetts. "Esto demuestra que los astrónomos están haciendo todo lo posible para optimizar las técnicas y que funcionen en planetas más y más pequeños, y que la naturaleza otra vez nos ha entregado un planeta fascinante orbitando una brillante estrella cercana".

 

Esta ilustración animada muestra un posible escenario para el exoplaneta rocoso 55 Cancri e, casi dos veces del tamaño de la Tierra. Nuevos datos de Spitzer muestran que un lado del planeta está mucho más caliente que el otro –lo que podría explicarse mediante una posible presencia de charcos de lava–.

Crédito: NASA / JPL-Caltech

Un objetivo difícil

No todo el mundo está convencido de que 55 Cancri e es un mundo de lava, o incluso que la curva de fase de Spitzer del planeta sea en absoluto válida. Nicolas Cowan, un astrónomo de la Universidad McGill que ha utilizado datos de Spitzer para crear mapas térmicos de exoplanetas gigantes gaseosos, no está seguro que el envejecido telescopio esté a la altura de la tarea de investigar mundos más pequeños. "Los datos en bruto del telescopio a menudo presentan variaciones de un pequeño tanto por ciento que no tienen nada que ver con el planeta en cuestión o incluso su estrella", dice Cowan. Por el contrario, los cambios afirmados para 55 Cancri e equivalen a cambios en el brillo medido de partes por millón. Estas mediciones exquisitas son posibles ahora solamente porque la estrella madre del planeta es muy brillante y por lo tanto ofrece a los astrónomos más fotones con los que trabajar. Además, 55 Cancri e transita su estrella, lo que significa que cruza la cara de la estrella vista desde la Tierra, proyectando una sombra de la que los astrónomos pueden extraer datos con información sobre la posible atmósfera y superficie del planeta.

"Si es real, este es un resultado emocionante que marca la colisión de exo-geología y exo-climatología", continúa Cowan. "Mi sospecha es que la señal es de naturaleza instrumental en lugar de astrofísica. Spitzer funciona mejor de lo anunciado, pero habitualmente lo empujamos órdenes de magnitud más allá de las especificaciones. Extraemos ciencia modelando cuidadosamente todas las formas en que la nave y los instrumentos mismos podrían haber causado el cambio en el brillo aparente de un sistema planetario con el tiempo ... Estamos bastante seguros de que podemos confiar en nuestros modelos de Spitzer hasta aproximadamente una parte de cada 10.000; estamos en territorio desconocido en lo que respecta al comportamiento del detector".

Heather Knutson, una astrónoma del Instituto de Tecnología de California, que fue pionera en el mapeo térmico de exoplanetas gigantes con Spitzer, es similarmente escéptica. "Aquí la pregunta de mil millones de dólares es si de hecho, 55 Cancri e es o no, un planeta rocoso con poca o ninguna atmósfera", dice.

Knutson es parte de un equipo dirigido por su estudiante de postdoctorado Björn Benneke que ahora está utilizando el telescopio espacial Hubble para monitorear el planeta en busca de signos de una atmósfera. En particular, están observando el planeta a medida que transita, en busca de un ensanchamiento revelador de la sombra planetaria debido a la absorción de la luz de la estrella por una atmósfera rica en hidrógeno. Un equipo competidor ya ha utilizado datos a disposición del público del programa de observación Benneke para reivindicar la detección de una atmósfera en 55 Cancri e, pero Knutson también pone en duda estos resultados. "Este planeta ha sido objeto de varias grandes campañas de observación tanto con el Hubble como con Spitzer, y sin embargo, aún estamos tratando de averiguar las respuestas a preguntas básicas acerca de la composición de su interior y –si la tiene– su atmósfera", dice Knutson. "Esto dice mucho de la dificultad de observar planetas tan pequeños".

Profundizando

Si 55 Cancri e es de hecho un mundo de lava, podría abrir una nueva frontera en el estudio de los exoplanetas. De los miles de exoplanetas conocido en la actualidad, la mayoría son súper-Tierras calientes cercanas a sus estrellas, lo que sugiere que esta variedad de planetas puede ser el más común en nuestra galaxia. El satélite de evaluación de exoplanetas en tránsito de la NASA (TESS, por sus siglas en inglés) y el satélite de caracterización de exoplanetas de la ESA (CHEOPS), que despegarán en 2017, deberán descubrir y estudiar colectivamente muchos más mundos como 55 Cancri e que orbitan estrellas cercanas.

El equipo de CHEOPS ya está planeando extensas observaciones de 55 Cancri e, dice Demory, para buscar plumas u otros estallidos vinculados con posibles erupciones volcánicas. Por su parte el telescopio espacial James Webb de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto en 2018, dice, podría estudiar la composición química del material vaporizado que la intensa radiación de su estrella pulveriza fuera del planeta, rastreando signos de rocas como piroxeno y olivino para trazar los ciclos geoquímicos del distante mundo. Alternativamente, podría de una vez por todas descartar la idea de que 55 Cancri e alberga océanos de lava.

"La gente podría preguntarse por qué este tipo de planeta es interesante cuando es tan inhabitable y tan diferente a la Tierra", dice el coautor del estudio Vlada Stamenkovic, geocientífico en Caltech. "Pero a fin de comprender los planetas similares a la Tierra tenemos, de alguna manera, que entender su química y sus interiores, que rigen cosas importantes para la vida como los océanos y atmósferas. Planetas parcialmente fundidos como 55 Cancri e podrían hacernos aprender más acerca de lo que hay dentro de ellos y la forma en que se crean".

"Estos planetas son útiles, pero son infernales –no le gustaría vivir allí–", añade Stamenkovic. "Pero serán de gran ayuda para un día poder comprender esos planetas donde, si pudiéramos ir allí, nos gustaría sentarnos, servirnos una copa y disfrutar de la puesta del sol".