Un pianeta roccioso nella “zona abitabile” della sua stella potrebbe essere il primo conosciuto ad avere un’atmosfera

Si trova a 41 anni luce da noi, orbita attorno alla nana rossa Trappist-1 e due recenti analisi con il telescopio spaziale James Webb suggeriscono che possa avere un’atmosfera. È una condizione indispensabile, insieme alla temperatura mite, per la presenza di acqua liquida e quindi per l’eventuale esistenza della vita
di Hannah Wakeford e Ryan MacDonald/The Conversation
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Una nuova ricerca effettuata con il potente telescopio JWST della NASA ha individuato un pianeta a 41 anni luce di distanza che potrebbe avere un’atmosfera. Il pianeta si trova all’interno della “zona abitabile”, la regione intorno a una stella in cui le temperature rendono possibile l’esistenza di acqua liquida sulla superficie di un mondo roccioso. Questo è importante perché l’acqua è un ingrediente fondamentale per l’esistenza della vita.

Se confermato da ulteriori osservazioni, questo sarebbe il primo pianeta roccioso della zona abitabile di cui si conosce anche l’atmosfera. Le scoperte provengono da due nuovi studi pubblicati sulla rivista “Astrophysical Journal Letters” (1, 2).

La zona abitabile è in parte definita dalla gamma di temperature generate dal calore della stella. La zona si trova a una distanza dalla stella in cui le temperature non sono né troppo calde né troppo fredde [tanto da essere soprannominata “zona Goldilocks“, in riferimento alla favola per bambini “Riccioli d’oro”, NdR].

Ma gli esopianeti (mondi in orbita attorno a stelle al di fuori del nostro sistema solare) in grado di ospitare acqua liquida spesso necessitano anche di un’atmosfera con un sufficiente effetto serra. Quest’ultimo genera un riscaldamento aggiuntivo dovuto all’assorbimento e all’emissione di gas nell’atmosfera e aiuta a prevenire l’evaporazione dell’acqua nello spazio.

Insieme a un gruppo internazionale di colleghi, abbiamo puntato il più grande telescopio dello spazio, il JWST della NASA, su un pianeta chiamato Trappist-1e. Volevamo determinare se questo mondo roccioso, che si trova nella zona abitabile della sua stella, ospita un’atmosfera. Il pianeta è uno dei sette mondi rocciosi conosciuti che orbitano attorno a una piccola e fredda stella “nana rossa”, chiamata Trappist-1.

Gli esopianeti rocciosi sono ovunque nella nostra galassia. La scoperta di abbondanti pianeti rocciosi nel 2010 da parte dei telescopi spaziali Kepler e Tess ha profonde implicazioni per il nostro posto nell’universo.

La maggior parte degli esopianeti rocciosi trovati finora orbita attorno a stelle nane rosse, che sono molto più fredde del Sole (in genere 2500 °C, rispetto ai 5600 °C del Sole). Questo non è dovuto al fatto che i pianeti attorno a stelle simili al Sole siano rari, ma solo a ragioni tecniche per cui è più facile trovare e studiare pianeti che orbitano attorno a stelle più piccole.

Le nane rosse offrono anche molti vantaggi quando cerchiamo di misurare le proprietà dei loro pianeti. Poiché le stelle sono più fredde, le loro zone abitabili, dove le temperature sono favorevoli all’acqua liquida, si trovano molto più vicine rispetto al nostro sistema solare, perché il Sole è molto più caldo. Per questo motivo, un anno per un pianeta roccioso con la temperatura della Terra che orbita attorno a una stella nana rossa può essere di pochi giorni o di una settimana, rispetto ai 365 giorni della Terra.

Metodo del transito
Un modo per individuare gli esopianeti è quello di misurare il leggero oscuramento della luce quando il pianeta transita, o passa davanti alla sua stella. Poiché i pianeti che orbitano attorno alle nane rosse impiegano meno tempo per completare un’orbita, gli astronomi possono osservare un maggior numero di transiti in un arco di tempo più breve, rendendo più facile la raccolta dei dati.

Durante un transito, gli astronomi possono misurare l’assorbimento dei gas presenti nell’atmosfera del pianeta (se ne ha una). L’assorbimento si riferisce al processo per cui alcuni gas assorbono la luce a diverse lunghezze d’onda, impedendone il passaggio. Ciò consente agli scienziati di individuare i gas presenti in un’atmosfera.

In particolare, più piccola è la stella, maggiore è la frazione di luce bloccata dall’atmosfera di un pianeta durante il transito. Le stelle nane rosse sono quindi uno dei luoghi migliori per cercare le atmosfere degli esopianeti rocciosi.

Situato a una distanza relativamente vicina di 41 anni luce dalla Terra, il sistema Trappist-1 ha attirato un’attenzione significativa dalla sua scoperta nel 2016. Tre dei pianeti, Trappist-1d, Trappist-1e e Trappist-1f (il terzo, quarto e quinto pianeta dalla stella) si trovano all’interno della zona abitabile.

JWST sta effettuando una ricerca sistematica di atmosfere sui pianeti Trappist-1 dal 2022. I risultati per i tre pianeti più interni, Trappist-1b, Trappist-1c e Trappist-1d, indicano che questi mondi sono molto probabilmente rocce nude con atmosfere sottili. Ma i pianeti più lontani, che sono bombardati da meno radiazioni e dai brillamenti energetici della stella, potrebbero ancora possedere un’atmosfera.

Abbiamo osservato Trappist-1e, il pianeta al centro della zona abitabile della stella, con JWST in quattro diverse occasioni tra giugno e ottobre 2023. Abbiamo subito notato che i nostri dati erano fortemente influenzati dalla cosiddetta “contaminazione stellare”, dovuta alle regioni attive calde e fredde (simili alle macchie solari) su Trappist-1. Questo ha richiesto un’attenta analisi per gestire la contaminazione stellare. Questo ha richiesto un’attenta analisi per essere affrontato. Alla fine, il nostro gruppo ha impiegato più di un anno per vagliare i dati e distinguere il segnale proveniente dalla stella da quello del pianeta.

Vediamo due possibili spiegazioni per ciò che sta accadendo a Trappist-1e. La possibilità più eccitante è che il pianeta abbia una cosiddetta atmosfera secondaria contenente molecole pesanti come azoto e metano. Ma le quattro osservazioni ottenute non sono ancora sufficientemente precise per escludere la spiegazione alternativa, ovvero che il pianeta sia una nuda roccia priva di atmosfera.

Se Trappist-1e dovesse effettivamente avere un’atmosfera, sarebbe la prima volta che troviamo un’atmosfera su un pianeta roccioso nella zona abitabile di un’altra stella.

Il telescopio spaziale James Webb annuncia una nuova era per la scienza degli esopianeti

di Jonathan O’Callaghan/Scientific American
Poiché Trappist-1e si trova saldamente nella zona abitabile, una spessa atmosfera con un sufficiente effetto serra potrebbe consentire la presenza di acqua liquida sulla superficie del pianeta. Per stabilire se Trappist-1e è abitabile o meno, dovremo misurare le concentrazioni di gas serra come l’anidride carbonica e il metano. Queste osservazioni iniziali sono un passo importante in questa direzione, ma saranno necessarie altre osservazioni con JWST per essere certi che Trappist-1e abbia un’atmosfera e, in tal caso, per misurare le concentrazioni di questi gas.

In questo momento sono in corso altri 15 transiti di Trappist-1e, che dovrebbero essere completati entro la fine del 2025. Le nostre osservazioni di follow-up utilizzano una strategia di osservazione diversa che prevede transiti consecutivi di Trappist-1b (che è un semplice oggetto di “nuda roccia”) e Trappist-1e. Questo ci permetterà di utilizzare la nuda roccia per “tracciare” meglio le regioni attive calde e fredde della stella. Qualsiasi eccesso di assorbimento dei gas osservato solo durante i transiti di Trappist-1e sarà causato esclusivamente dall’atmosfera del pianeta.

Entro i prossimi due anni, quindi, dovremmo avere un quadro molto più preciso di come Trappist-1e sia paragonabile ai pianeti rocciosi del nostro sistema solare.