Il telescopio spaziale James Webb ha rilevato una forte emissione di monossido di carbonio nell’atmosfera di 55 Cancri e, un pianeta roccioso che orbita tanto vicino alla propria stella da avere probabilmente una superficie parzialmente fusa. Il segnale, però, non è apparso con la stessa intensità in tutte le osservazioni.
L’analisi riguarda cinque eclissi secondarie, cioè i momenti nei quali il pianeta passa dietro la stella rispetto al punto di osservazione. Confrontando la luce prima e durante ogni occultazione, gli astronomi possono isolare una parte della radiazione proveniente dal lato diurno del pianeta e cercare le tracce chimiche della sua atmosfera.
Che cosa ha rilevato James Webb su 55 Cancri e
Il risultato più solido è un segnale di monossido di carbonio con una significatività di circa 8 sigma in una delle cinque epoche osservative. Due ulteriori rilevazioni, vicine a 3 sigma, sono meno robuste. La diversa intensità indica che l’atmosfera potrebbe cambiare rapidamente e non comportarsi come un involucro stabile.
Gli autori hanno riesaminato alla risoluzione spettrale originaria i dati raccolti dallo strumento NIRCam. La tecnica di correlazione incrociata ha permesso di cercare il profilo del monossido di carbonio, o CO, separandolo con maggiore precisione dagli altri contributi presenti nello spettro.
Il segnale più forte risulta difficile da riprodurre con una semplice atmosfera in equilibrio idrostatico. I modelli richiedono una marcata inversione termica nella stratosfera, a pressioni comprese indicativamente tra 1 e 10 millibar: in quella regione la temperatura aumenterebbe con l’altitudine, favorendo la comparsa del CO in emissione.
L’analisi indica inoltre che l’anidride carbonica dovrebbe essere almeno mille volte meno abbondante rispetto al monossido di carbonio. Quantità superiori di CO2 finirebbero infatti per coprire la firma spettrale osservata. È un rapporto inatteso, perché diversi modelli precedenti consideravano plausibile un’atmosfera secondaria ricca di entrambe le molecole.
Perché i modelli favoriscono un’atmosfera ricca di idrogeno
Le simulazioni atmosferiche compatibili con i dati favoriscono una composizione relativamente ricca di idrogeno. Questo tipo di atmosfera può produrre inversioni termiche più ripide e un rapporto CO/CO2 abbastanza elevato da spiegare il segnale. Non si tratta, però, di una rilevazione diretta e definitiva dell’idrogeno.
La distinzione è importante: James Webb ha identificato con maggiore sicurezza il monossido di carbonio, mentre la presenza abbondante di idrogeno emerge dal confronto tra osservazioni e modelli. Lo studio, disponibile come preprint scientifico su arXiv, dovrà ancora superare la revisione tra pari e potrebbe essere modificato prima della pubblicazione.
Una composizione simile fornirebbe informazioni anche sull’oceano di magma sottostante. Le atmosfere secondarie dei pianeti rocciosi nascono almeno in parte dai gas liberati dall’interno. Il rapporto tra idrogeno, ossigeno, ferro e composti del carbonio può quindi rivelare lo stato chimico delle rocce fuse, altrimenti impossibili da analizzare direttamente.
L’ipotesi principale è che il pianeta possieda un interno povero di ossigeno disponibile, capace di liberare gas con una composizione favorevole al CO e all’idrogeno. La variabilità osservata potrebbe dipendere da fuoriuscite atmosferiche temporanee, forse alimentate dal degassamento del magma, ma i dati non permettono ancora di ricostruire un ciclo preciso.
Un anno su 55 Cancri e dura meno di un giorno terrestre
55 Cancri e si trova a circa 41 anni luce dalla Terra e appartiene alla classe delle super-Terre. Il suo raggio misura circa 1,88 volte quello terrestre e la massa è vicina a otto masse terrestri. Compie un’orbita in circa 0,7 giorni, contro gli 88 giorni impiegati da Mercurio intorno al Sole.
La distanza ridotta dalla stella espone il pianeta a temperature capaci di fondere le rocce superficiali. È probabilmente bloccato gravitazionalmente, con un emisfero rivolto in modo permanente verso la stella. Sul lato illuminato potrebbe quindi estendersi una vasta regione di magma, mentre atmosfera e materiale vaporizzato trasportano parte dell’energia.
Gli studiosi osservano questi mondi estremi perché rappresentano laboratori naturali per comprendere le fasi iniziali dei pianeti rocciosi. Anche la Terra potrebbe aver attraversato uno stato dominato da oceani di magma, prima del raffreddamento della superficie e della formazione di un’atmosfera più stabile.
Serviranno nuove osservazioni ripetute per capire se il CO compare secondo un ciclo, se viene disperso nello spazio o se dipende da fenomeni localizzati sul lato diurno. Se la variabilità sarà confermata, 55 Cancri e potrebbe offrire una rara osservazione indiretta dei processi che collegano magma, atmosfera e perdita di gas su un pianeta roccioso extrasolare.
