Lo studio di due pianeti mini-nettuniani ha mostrato come questi esopianeti gassosi, perdendo la loro atmosfera, possono mutare in Super-Terre.

Molti esopianeti hanno forme e dimensioni che non si trovano nel nostro sistema solare. Queste includono pianeti gassosi chiamati “nettuniani”, con una loro variante più piccola detta “mini-Nettuno”, e i pianeti rocciosi di massa maggiore diverse volte la Terra, chiamati Super-Terre.

Gli astronomi hanno recentemente identificato due diversi casi di esopianeti gassosi “mini-Nettuno” che stanno perdendo le loro atmosfere e si stanno trasformando molto probabilmente in Super-Terre.Infatti, le radiazioni provenienti dalle loro stesse ospitanti stanno strappando via le loro atmosfere, spingendo via il gas caldo come se fosse il vapore che esce una pentola di acqua bollente. 

I mini-Nettuni sono delle versioni più piccole e più dense del nostro pianeta Nettuno, e si ritiene siano costituiti da grandi nuclei rocciosi circondati da spesse coltri di gas.

Un team di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale Hubble per osservare due esopianeti mini-Nettuno in orbita attorno a HD 63433, una stella situata a 73 anni luce di distanza da noi. Ai dati raccolti da Hubble sono stati aggiunti quelli dell’Osservatorio WM Keck delle Hawaii che ha analizzato uno dei due mini-pianeti Nettuno di un altro sistema stellare chiamato TOI 560, situato a 103 anni luce di distanza.

I risultati hanno mostrato che il gas atmosferico del mini-Nettuno più interno di TOI 560, chiamato TOI 560.01 (noto anche come HD 73583b), e dal mini-Nettuno più esterno in HD 63433, chiamato HD 63433c sta fuoriuscendo dai due esopianeti gassosi suggerendo l’ipotesi che potrebbero trasformarsi in Super-Terre.

La maggior parte degli astronomi sospettava che i giovani mini-Nettuno dovessero avere atmosfere in evaporazione, ma sino ad oggi questo fenomeno non era mai stato osservato direttamente.

TOI 560.01
Rappresentazione artistica di TOI 560.01. Credit: NASA, ESA, STScI, Caltech, Keck Observatory

Un nuovo indizio sull’anello mancante dei tipi di pianeti?

Da quando i primi esopianeti in orbita attorno a stelle simili al Sole sono stati scoperti a metà degli anni 90, ne sono stati a oggi trovati migliaia. Molti di questi orbitano vicino alle loro stelle e quelle più piccole e rocciose generalmente si suddividono in due categorie: i mini-Nettuni e le super-Terre. Le super-Terre hanno dalle 1,6 alle 1,75 volte la dimensione della Terra mentre i mini-Nettuni sono tra 2 e 4 volte più grandi. Pianeti di questo tipo non si trovano nel nostro sistema solare e anche attorno ad altre stelle sono stati rilevati pochi pianeti con dimensioni comprese tra questi due intervalli: una possibile spiegazione per questo divario è proprio che i mini-Nettuni si stanno trasformando in Super-Terre.

Si teorizza che i mini-Nettuni siano avvolti da atmosfere primordiali fatte di idrogeno ed elio. L’idrogeno e l’elio sono i resti della formazione della stella madre, che nasce da nubi di gas.

Se un mini-Nettuno è abbastanza piccolo e sufficientemente vicino alla sua stella, i raggi X e le radiazioni ultraviolette potrebbero strappare via la sua atmosfera primordiale entro un periodo di centinaia di milioni di anni. Ciò lascerebbe quindi dietro di sé una Super-Terra rocciosa con un diametro sostanzialmente più piccolo (che potrebbe, in teoria, conservare ancora un’atmosfera relativamente sottile simile a quella che circonda il nostro pianeta Terra).

Altri scenari potrebbero spiegare il divario dimensionale, secondo gli astronomi. Ad esempio, i pianeti rocciosi più piccoli potrebbero non aver mai raccolto involucri di gas mentre i mini-Nettuno potrebbero essere pianeti oceanici invece di essere avvolti da idrogeno gassoso. Ma questa ultima scoperta rappresenta la prima prova diretta a sostegno della teoria secondo cui i mini-Nettuno si stiano effettivamente trasformando in super-Terre.

La fuga delle atmosfere

Gli astronomi sono stati in grado di rilevare i gas in fuga osservando i mini-Nettuno attraversare o transitare davanti alle loro stelle ospitanti. Questi esopianeti non possono essere osservati direttamente, ma soltanto quando passano davanti alle loro stelle e osservati dal nostro punto di vista. I telescopi possono quindi osservare l’assorbimento della luce stellare da parte degli atomi nell’atmosfera dei pianeti.

Nel caso di TOI 560.01, i ricercatori hanno trovato firme di elio. Per il sistema stellare HD 63433, il team ha trovato tracce di idrogeno nel pianeta più esterno che hanno studiato, chiamato HD 63433c, ma non nel pianeta interno, HD 63433b, che potrebbe aver già perso la sua atmosfera.

La velocità rilevata dei gas fornisce la prova che le atmosfere stanno fuggendo.

L’elio osservato intorno a TOI 560.01 si muove alla velocità di 20 chilometri al secondo, mentre l’idrogeno intorno a HD 63433c si muove alla velocità di 50 chilometri al secondo. Le gravità dei due esopianeti gassosi non sono abbastanza forti da trattenere dei gas così leggeri. Ma l’estensione dei deflussi attorno ai pianeti indica anche la fuga delle loro atmosfere: il bozzolo di gas intorno a TOI 560.01 è almeno 3,5 volte più grande del raggio del pianeta e il bozzolo attorno a HD 63433c è addirittura 12 volte maggiore.

Le osservazioni hanno anche rivelato che, con grande sorpresa, il gas perso da TOI 560.01 sta scorrendo in direzione della stella, nonostante gli attuali modelli prevedano l’esatto opposto. Le future osservazioni di altri mini-Nettuno dovrebbero rivelare se TOI 560.01 è un’anomalia o se un deflusso atmosferico in movimento verso l’interno è in realtà comune.

Gli scienziati degli esopianeti ormai si sono abituati ad aspettarsi l’inaspettato, questi mondi esotici continuano a sorprendere con nuova fisica che va oltre quanto possiamo osservare nel nostro limitato sistema solare.

Riferimenti:

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