Primera detección de la atmósfera de una superTierra

Esta impresión artística muestra la superTierra 55 Cancri e enfrente de su estrella madre. Utilizando observaciones realizadas con el telescopio de la NASA / ESA Hubble y nuevo software analítico, los científicos fueron capaces de analizar la composición de su atmósfera. Fue la primera vez que esto ha sido posible. La superTierra Cancri 55 e está a unos 40 años luz de distancia y orbita una estrella ligeramente más pequeña, más fría y menos luminosa que nuestro Sol. El planeta está tan cerca de su estrella madre, que un año dura sólo 18 horas, y se piensa que las temperaturas en la superficie pueden llegar a alrededor de 2.000 grados centígrados. Crédito: ESA / Hubble, M. Kornmesser








Por primera vez, los astrónomos fueron capaces de analizar la atmósfera de un exoplaneta en la clase conocida como superTierras. Utilizando los datos recogidos por el Telescopio de NASA / ESA Hubble y nuevas técnicas de análisis, el exoplaneta 55 Cancri e se ha desvelado que tiene una atmósfera seca y sin ningún indicio de vapor de agua. Los resultados, se publicaron en la revista Astrophysical Journal, indican que la atmósfera se compone principalmente de hidrógeno y helio.


El equipo internacional, dirigido por científicos del University College de Londres (UCL) en el Reino Unido, hizo observaciones del cercano exoplaneta 55 Cancri e, una superTierra con una masa de ocho masas terrestres. Se encuentra en el sistema planetario de 55 Cancri, una estrella a unos 40 años luz de la Tierra.

Utilizando observaciones realizadas con el Wide Field Camera 3 (WFC3) a bordo del telescopio Hubble de la NASA, los científicos fueron capaces de analizar la atmósfera de este exoplaneta. Esto hace que sea la primera detección de gases en la atmósfera de una superTierra. Los resultados permitieron al equipo examinar la atmósfera de 55 Cancri e en detalle y revelaron la presencia de hidrógeno y helio, pero no hay vapor de agua. Estos resultados sólo fueron posibles gracias a la explotación de una técnica de procesamiento de nuevo desarrollo.

"Este es un resultado muy emocionante porque es la primera vez que hemos sido capaces de encontrar las huellas espectrales que muestran los gases presentes en la atmósfera de una superTierra", explica Angelos Tsiaras, un estudiante de doctorado en la UCL, que desarrolló la técnica de análisis junto con sus colegas Ingo Waldmann y Marco rocchetto. "Las observaciones de la 
atmósfera de 55 Cancri e indican que el planeta ha logrado acumular una cantidad significativa de hidrógeno y helio de la nebulosa de la cual se formó originalmente."

Las superTierras como 55 Cancri e se cree que son el tipo más común de planeta en nuestra galaxia. Han adquirido el nombre de 'superTierras', ya que tienen una masa mayor que la de la Tierra, pero aún son mucho más pequeños que los gigantes gaseosos del Sistema Solar. El instrumento WFC3 en el Hubble ya se ha utilizado para sondear las atmósferas de otras dos superTierras, pero se encontraron características espectrales en los estudios anteriores.

55 Cancri e, sin embargo, es una inusual superTierra que orbita muy cerca de su estrella madre. Un año en el exoplaneta tiene una duración de sólo 18 horas y las temperaturas en la superficie pueden llegar a alrededor de 2.000ºC. Debido a que el exoplaneta orbita alrededor de su estrella a una distancia tan pequeña, el equipo fue capaz de utilizar las nuevas técnicas de análisis para extraer información sobre el planeta, durante sus tránsitos por delante de la estrella madre.

Las observaciones se realizaron mediante el escaneo del instrumento WFC3 muy rápidamente a través de la estrella para crear un número de espectros. Mediante la combinación de estas observaciones y procesamiento a través de software analítico, los investigadores fueron capaces de descifrar el espectro de 55 Cancri e.

Impresión artística de 55 Cancri e. Crédito: NASA / ESA Hubble






"Este resultado da una primera visión de la atmósfera de una superTierra. Ahora tenemos pistas sobre como es el planeta actualmente y cómo se podría haber formado y evolucionado, y esto tiene implicaciones importantes para la 55 Cancri e y otras superTierras ", dijo Giovanna Tinetti, también de la UCL, Reino Unido. Curiosamente, los datos también contienen indicios de la presencia de cianuro de hidrógeno, un marcador de atmósferas ricas en carbono.

"Tal cantidad de cianuro de hidrógeno indicaría una atmósfera con una muy alta proporción de carbono a oxígeno", dijo Olivia Venot, Universidad Católica de Lovaina, que desarrolló un modelo de química atmosférica de 55 Cancri e que apoyó el análisis de las observaciones.

"Si la presencia de cianuro de hidrógeno y otras moléculas se confirma dentro de unos años antes de la próxima generación de telescopios infrarrojos, apoyaría la teoría de que este planeta es de hecho rico en carbono y un lugar muy exótico", concluye Jonathan Tennyson, UCL. "El cianuro de hidrógeno o ácido prúsico, es altamente venenoso, por lo que tal vez no es un planeta que me guste vivir allí"

Los resultados fueron resumidos por Tsiaras et al. en el periódico "La detección de una atmósfera alrededor de la superTierra 55 Cancri e", que fue publicado en la revista Astrophysical Journal.

Sustancias "prohibidas" en superTierras

Usando modelos matemáticos, los científicos han simulado los interiores de los planetas llamados superTierras y han descubierto que puedan contener compuestos que están prohibidos por las reglas clásicas de la química. Estas sustancias pueden aumentar la velocidad de transferencia de calor y fortalecer los campos magnéticos en estos planetas. Los resultados se han presentado en un artículo publicado en la revista Scientific Reports.

En un estudio previo, los autores del estudio utilizaron un algoritmo llamado Uspex para identificar nuevos compuestos de sodio y cloro, así como otras sustancias exóticas.

En su último artículo, los investigadores trataron de averiguar qué compuestos se pueden formar por el silicio, oxígeno y magnesio a altas presiones. Estos elementos particulares no fueron elegidos al azar.

"Los planetas similares a la Tierra consisten en una corteza de silicato delgado, un manto de silicatos de óxido que compone aproximadamente siete octavos de volumen de la Tierra y se compone de más de 90 por ciento de los silicatos y óxido de magnesio y un núcleo de hierro. Podemos decir que el magnesio, oxígeno y silicio son la base de la química en la Tierra y en los planetas similares a la Tierra ", dice Oganov.

Utilizando el algoritmo Uspex, los investigadores investigaron varias composiciones estructurales de Mg-Si-O que pueden ocurrir a presiones que van desde 5 a 30 millones de atmósferas. Pueden existir tales presiones en el interior de las súperTierras. Planetas con una superficie sólida con una masa varias veces mayor que la masa de la Tierra. No hay planetas como éste en el sistema solar, pero los astrónomos saben de planetas orbitando otras estrellas que no son tan pesados ​​como los gigantes de gas, pero son considerablemente más pesados que la Tierra. Se llaman superTierras. Estos planetas son el recientemente descubierto Gliese 832C , que es cinco veces más pesado que la Tierra, o la megaTierra Kepler-10c, que es 17 veces más pesado que la Tierra.

Los resultados de la modelización por ordenador muestran que los interiores de estos planetas pueden contener los compuestos exóticos MGSI3O12 y MgSiO 6. Tienen muchos átomos de más oxígeno que el MgSiO 3 en la Tierra.

Además, MGSI3O12 es un óxido de metal y un conductor, mientras que otras sustancias que constan de átomos de Mg-Si-O son dieléctricos o semiconductores. "Sus propiedades son muy diferentes a los compuestos normales de magnesio, oxígeno y silicio muchos de ellos son metales o semiconductores. Esto es importante para la generación de campos magnéticos en estos planetas.

Como los campos magnéticos producen corrientes eléctricas en el interior de un planeta, la alta conductividad podría significar un campo magnético mucho más poderoso ", explica Oganov.

A más potente es el campo magnético significa una protección más poderosa contra la radiación cósmica, y en consecuencia condiciones más favorables para los organismos vivos. Los investigadores también predijeron nuevos óxidos de magnesio y silicio que no encajan en la normativa de la química clásica-SiO, SiO 3, MgO 3, además de los óxidos MgO 2 y Mg3O 2 previamente predecido por Oganov a presiones más bajas.

El modelo de ordenador también permitió a los investigadores determinar las reacciones de descomposición que MgSiO3 sufre en las ultra-altas presiones sobre las súperTierras.

"Esto afecta a los límites de las capas en el manto y su dinámica. Por ejemplo, un cambio de fase exotérmica acelera la convección del manto y la transferencia de calor dentro del planeta, y un cambio de fase endotérmico los ralentiza. Esto significa que la velocidad de movimiento de las placas litosféricas en el planeta puede ser mayor ", dice Oganov.

La convección, determina la tectónica de placas y la mezcla de la capa, o bien puede ser más rápida (la aceleración de la mezcla de la capa y la transferencia de calor) o más lenta. En el cambio endotérmico, un escenario posible podría ser la desintegración de un planeta de forma independiente en varias capas de convección, señaló.

El hecho de que los continentes de la Tierra estén en constante movimiento, flotando en la superficie del manto, es lo que provoca el vulcanismo y una atmósfera respirable. Si la deriva continental se detuviera, podría tener consecuencias desastrosas para el clima.