Il James Webb ha osservato l’esopianeta TRAPPIST-1c per determinare la presenza o meno di un’atmosfera e la sua possibile composizione.
Un team internazionale di ricercatori ha analizzato con il James Webb Space Telescope della NASA l’atmosfera dell’esopianeta TRAPPIST-1c calcolando quantità di energia termica proveniente da esso. Con una temperatura diurna di circa 107° C, TRAPPIST-1c è ora l’esopianeta roccioso più freddo mai caratterizzato in base all’emissione termica. La precisione necessaria per queste misurazioni dimostra ulteriormente l’utilità di Webb nel caratterizzare esopianeti rocciosi simili per dimensioni e temperatura a quelli del nostro sistema solare.
Il risultato ha suggerito che l’atmosfera del pianeta, ammesso che esista, è estremamente sottile.
Verso la comprensione delle nane rosse
Il risultato segna un altro passo avanti nel determinare se i pianeti in orbita attorno a piccole nane rosse come TRAPPIST-1 – il tipo di stella più comune nella galassia – possano sostenere le atmosfere necessarie per sostenere la vita così come la conosciamo. In passato era infatti possibile studiare solo pianeti con atmosfere spesse e ricche di idrogeno ma oggi, grazie al James Webb, possiamo finalmente iniziare a cercare atmosfere dominate da ossigeno, azoto e anidride carbonica.
TRAPPIST-1c è interessante perché è un gemello di Venere: ha all’incirca le stesse dimensioni del pianeta del Sistema Solare e riceve una quantità di radiazione dalla sua stella ospite simile a quella che Venere riceve dal Sole. Per questo motivo gli scienziati hanno ritenuto che l’esopianeta potesse avere un’atmosfera molto simile.
TRAPPIST-1c è uno dei sette pianeti rocciosi in orbita attorno a una stella nana rossa ultrafredda (o nana M) a 40 anni luce dalla Terra. Sebbene i pianeti siano simili per dimensioni e massa ai pianeti interni e rocciosi del nostro Sistema Solare, non è chiaro se abbiano effettivamente atmosfere simili. Durante il primo miliardo di anni della loro vita, le nane M emettono raggi X luminosi e radiazioni ultraviolette che possono facilmente strappare via una giovane atmosfera planetaria.
Inoltre non sappiamo se vi sia stata o meno abbastanza acqua, anidride carbonica e altri volatili disponibili per creare atmosfere sostanziali quando si sono formati i pianeti.
Per rispondere a queste domande, il team ha utilizzato il MIRI (Webb’s Mid-Infrared Instrument) per osservare il sistema TRAPPIST-1 in quattro diverse occasioni mentre il pianeta si spostava dietro la stella, un fenomeno noto come “eclissi secondaria”. Confrontando la luminosità quando il pianeta è dietro la stella (solo luce stellare) con la luminosità quando il pianeta è accanto alla stella (luce della stella e del pianeta combinati), il team è stato in grado di calcolare la quantità di luce nel medio infrarosso con lunghezze d’onda di 15 micron emessi dal lato diurno del pianeta.
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L’atmosfera di TRAPPIST-1c
Questo metodo è lo stesso utilizzato da un altro gruppo di ricerca per determinare che TRAPPIST-1b, il pianeta più interno del sistema, è probabilmente privo di atmosfera. La quantità di luce nel medio infrarosso emessa da un pianeta è infatti direttamente correlata alla sua temperatura, che è a sua volta influenzata dall’atmosfera.
Il gas di anidride carbonica assorbe preferenzialmente la luce di 15 micron, facendo apparire il pianeta più debole a quella lunghezza d’onda. Tuttavia, le nuvole possono riflettere la luce, facendo apparire il pianeta più luminoso e mascherando la presenza di anidride carbonica.
Inoltre, un’atmosfera sostanziale di qualsiasi composizione ridistribuirà il calore dal lato diurno al lato notturno, facendo sì che la temperatura del lato diurno sia inferiore a quella che sarebbe senza atmosfera. TRAPPIST-1c orbita molto vicino alla sua stella – circa 1/50 della distanza tra Venere e il Sole – e si ritiene che sia bloccato marealmente a essa.
Sebbene queste misurazioni iniziali non forniscano informazioni definitive sulla natura di TRAPPIST-1c, aiutano a restringere le probabili possibilità. I risultati sono coerenti con il fatto che il pianeta sia fatto roccia nuda senza atmosfera o che abbia un’atmosfera di CO2 molto sottile e senza nuvole. I dati mostrano anche che è improbabile che il pianeta sia un reale analogo di Venere con una densa atmosfera di anidride carbonica e nubi di acido solforico.
L’assenza di un’atmosfera densa suggerisce che il pianeta potrebbe essersi formato con relativamente poca acqua. Se i pianeti TRAPPIST-1 più freddi e temperati si fossero formati in condizioni simili, anch’essi potrebbero dunque aver avuto origine con poca acqua e altri componenti necessari per rendere abitabile un pianeta.
La sensibilità richiesta per distinguere tra vari scenari atmosferici su un pianeta così piccolo e così lontano è davvero notevole. La diminuzione della luminosità che Webb ha rilevato durante l’eclissi secondaria è stata solo dello 0,04 percento: equivalente a guardare un display di 10.000 minuscole lampadine e notare che solo quattro si sono spente. Il prossimo anno, i ricercatori condurranno un’indagine di follow-up per osservare le orbite complete di TRAPPIST-1b e TRAPPIST-1c, questo consentirà di vedere come cambiano le temperature dal giorno ai lati notturni dei due pianeti e fornirà ulteriori dati sulla presenza o meno di atmosfere.
Riferimenti: NASA
