Il telescopio spaziale James Webb è stato fondamentale per far compiere un importante salto di qualità sulle osservazioni degli esopianeti rocciosi.
La caccia a pianeti rocciosi potenzialmente abitabili nella nostra galassia è stata il Santo Graal degli studi sugli esopianeti per decenni. Sebbene la scoperta di oltre 6000 esopianeti in più di 4.400 sistemi planetari sia stata un risultato notevole, solo una piccola frazione (217) è stata confermata come rocciosa, ovvero quella classe di pianeti che sono simili alla composizione della Terra. Inoltre, ottenere informazioni accurate sull’atmosfera di un esopianeta roccioso è molto difficile, poiché i pianeti rocciosi potenzialmente abitabili sono molto più piccoli e tendono a orbitare più vicino alle loro stelle. Grazie a strumenti di nuova generazione come il James Webb Space Telescope (JWST), gli studi sugli esopianeti stanno passando dalla semplice scoperta alla caratterizzazione di come sono fatti. Tuttavia, nessuna atmosfera è stata ancora chiaramente identificata attorno ai pianeti rocciosi e i dati atmosferici raccolti finora da Webb sono soggetti a una certa incertezza.
I risultati ottenuti grazie al James Webb
Una sintesi dei risultati ottenuti con la straordinaria collaborazione del telescopio spaziale James Webb è stata presentata in un recente studio condotto da ricercatori del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) e del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL). Sulla base di questa sintesi, gli studiosi propongono delle nuove sfide per assistere gli astronomi nella caratterizzazione atmosferica, il prossimo passo della scoperta.
Come sottolineano nel loro articolo, il James Webb ha raggiunto traguardi impressionanti grazie alla sua avanzata suite di ottiche infrarosse sensibili e ad alta risoluzione, combinate con coronografi e spettrometri. Abbiamo così ottenuto gli spettri di trasmissione più precisi mai avuti finora per i pianeti rocciosi, e la rilevazione del calore emanato da circa una mezza dozzina di pianeti rocciosi. Il JWST ha anche permesso di estendere queste misurazioni dell’emissione termica (il calore) a pianeti rocciosi più freddi che mai, siamo scesi fino a 100 °C rispetto agli 800 °C precedenti.
Grazie alle sue osservazioni, il James Webb ha anche consentito un ampio lavoro teorico per prevedere le proprietà atmosferiche dei pianeti rocciosi. Questo è particolarmente vero per quelli in orbita attorno a stelle nane rosse di tipo M, che rappresentano l’80% delle stelle della Via Lattea. Ciò ha dimostrato che le atmosfere possono essere modellate da vari processi fisici, tra cui l’apporto di elementi volatili da parte di comete e asteroidi, la perdita atmosferica, le interazioni tra interno ed atmosfera e i processi biologici. Tra questi, la perdita atmosferica è particolarmente importante poiché non si sa quali pianeti rocciosi osservati dal JWST abbiano mantenuto la loro atmosfera.
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Nuovi modelli per gli esopianeti e la linea di costa
Sulla base delle osservazioni del James Webb fino ad oggi, il concetto di “linea di costa” è emerso come un modello popolare per determinare quali esopianeti abbiano maggiori probabilità di avere un’atmosfera. Secondo questo modello, i pianeti con una velocità di fuga più elevata (ovvero pianeti più massicci) e un’irradiazione inferiore hanno maggiori probabilità di mantenere le loro atmosfere. Tuttavia, non si sa ancora come questa “linea di costa” sia influenzata dal tipo stellare e dalla storia dell’irradiazione.
Nel frattempo, è noto che le stelle in fase avanzata espongono i loro pianeti a livelli più elevati di radiazione, in particolare le stelle di tipo M avanzato, che hanno fasi UV-bright prolungate che possono durare fino a 6 miliardi di anni. Una maggiore esposizione a radiazioni ad alta energia si traduce in una maggiore perdita di atmosfera, e le stelle di tipo M sono note per la loro intensa attività di brillamento. Per affrontare queste incognite, il team raccomanda un nuovo approccio per ottenere una maggiore precisione nell’identificazione delle atmosfere dei pianeti rocciosi.
Grazie all’ampia apertura, alla stabilità e alla copertura di lunghezze d’onda nel vicino-medio infrarosso del JWST, gli astronomi sono ora in grado di caratterizzare le atmosfere attorno ai pianeti rocciosi. In particolare, è ora possibile rilevare i minuscoli segnali attesi da elementi volatili, come acqua (H₂O), anidride carbonica (CO₂), metano (CH₂), ammoniaca (NH₂), monossido di carbonio (CO) e altri. In futuro, gli astronomi saranno in grado di ottenere spettri di trasmissione ed emissione da esopianeti rocciosi attorno a stelle di tipo M durante transiti ed eclissi planetarie.
Sebbene il JWST non sia in grado di studiare le atmosfere di pianeti analoghi alla Terra attorno a stelle simili al Sole, le future missioni di nuova generazione come l’Habitable Worlds Observatory (HWO) saranno in grado di farlo tramite imaging diretto. Nel frattempo, il quadro proposto dal team potrebbe aiutare gli astronomi ad aprire la strada, limitando ulteriormente le atmosfere degli esopianeti rocciosi.
Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su Universe Today
- Leggi il paper scientifico intitolato “A first look at rocky exoplanets with JWST” pubblicato su Proceedings of the National Academy of Science
