Una visione artistica del pianeta K2-18b (Crediti: Amanda Smith).
Le recenti survey per la scoperta di esopianeti hanno dimostrato l’esistenza di un buon numero di pianeti di piccola massa in orbita attorno alle nane rosse, stelle molto più piccole e fredde del Sole, di tipo spettrale M. Considerato che le nane rosse sono molto meno luminose del Sole, nei loro paraggi è più facile scoprire e caratterizzare pianeti di piccola massa e dimensione. Fra i casi più noti di nane rosse che ospitano pianeti all’interno della loro fascia abitabile ci sono Trappist-1, Proxima Centauri, Lhs 1140 e K2-18. Ed è proprio sul pianeta di quest’ultima stella, K2-18b, che ci sono delle interessanti novità.
Il pianeta è stato scoperto nel 2015 con il metodo del transito dal telescopio spaziale Kepler. K2-18b orbita a circa 22 milioni di km dalla sua stella e ha una temperatura di equilibrio compresa fra -23 °C e 30°C. La massa del pianeta è circa 8,6 volte superiore a quella della Terra mentre il suo diametro è 2,6 volte maggiore di quello terrestre. Con questi valori, la sua densità risulta di circa 2,7 g/cm3, un valore intermedio fra quello della Terra e Nettuno.
Il pianeta è stato oggetto di una campagna mediatica nell’autunno del 2019, poiché due diversi team avevano riportato la scoperta di vapore acqueo nella sua atmosfera ricca di idrogeno. Tuttavia, l’estensione dell’atmosfera e la possibile struttura dell’interno del pianeta non erano state indagate. Ora un team dell’Università di Cambridge, guidato da Nikku Madhusudhan, ha utilizzato la massa, il raggio e i dati atmosferici disponibili sull’esopianeta per generare diversi modelli della sua struttura compatibili con le osservazioni. Arrivando a concludere che il pianeta, al di sotto della sua atmosfera ricca di idrogeno, potrebbe ospitare acqua liquida in condizioni di abitabilità. I risultati del lavoro sono stati pubblicati oggi su The Astrophysical Journal Letters.
Date le non trascurabili dimensioni di K2-18b, si pensava che il pianeta fosse una versione in scala ridotta di Nettuno (mini-Nettuno), piuttosto che a una versione più grande della Terra (super-Terra). Un mini-Nettuno dovrebbe avere un grande involucro d’idrogeno che circonda uno strato d’acqua ad alta pressione che, a sua volta, ingloba un nucleo di roccia e ferro. Se l’atmosfera d’idrogeno è molto massiccia, la temperatura e la pressione dello strato d’acqua sarebbero troppo elevate per consentire lo sviluppo di forme di vita.
Madhusudhan e colleghi, per prima cosa, hanno rianalizzato lo spettro di assorbimento del pianeta, ottenuto quando K2-18b transita davanti al disco della sua stella. Il modello utilizzato assume che l’atmosfera sia in equilibrio idrostatico e considera anche la possibile presenza di nubi e aerosol, e il risultato è stata la conferma della presenza di vapore acqueo in un’atmosfera ricca d’idrogeno con poco metano e ammoniaca, oltre alla sostanziale assenza di nubi e aerosol. Partendo da questi nuovi risultati e dai valori di massa e raggio, sono stati calcolati dei modelli della possibile struttura interna del pianeta usando 4 strati: un nucleo di ferro circondato da un involucro di roccia, inglobato da un guscio d’acqua il tutto all’interno di un’atmosfera di idrogeno ed elio.
Modelli per la struttura interna del pianeta K2-18b (Crediti: Madhusudhan et al., 2020)
Fra un modello e l’altro quello che varia è l’abbondanza relativa dei vari strati, e un modello è preferibile a un altro quanto più riesce a riprodurre la massa e il raggio osservati per K2-18b. Come si vede dalla figura a lato, ripresa direttamente dall’articolo di Madhusudhan e colleghi, i modelli compatibili con la massa e il raggio osservati vedono un’atmosfera che – al massimo – è solo il 5 per cento della massa del pianeta, mentre lo strato d’acqua può andare dallo 0,3 per cento al 90 per cento della massa planetaria.
In figura sono riportati tre tipici casi dei modelli planetari compatibili con K2-18b. Il Caso 1, linea magenta, è il pianeta roccioso con un grande nucleo di ferro e una minima quantità di acqua (pur in accordo con quanto osservato nello spettro). La pressione atmosferica sullo strato d’acqua sarebbe di circa un milione di atmosfere e lo strato d’acqua si troverebbe allo stato di ghiaccio. Il Caso 2, invece, è quello del mini-Nettuno. La pressione sullo strato di acqua sarebbe solo di 700 atmosfere con una temperatura di circa 1200 °C. Infine, il Caso 3 è quello del mondo oceanico, anche se un nucleo di ferro e roccia è comunque indispensabile per iniziare il processo di accrezione planetaria. In questo caso la pressione sullo strato d’acqua sarebbe di sole 130 atmosfere e la temperatura di 287 °C. I casi di pianeta di sola acqua, di sola roccia e di solo ferro non sono compatibili con i dati noti.
Generalmente per pianeta abitabile si intende un corpo dove sia possibile avere l’acqua liquida in superficie. Nei mari terrestri gli organismi vivono nelle condizioni più disparate, dalla Fossa delle Marianne (dove la pressione arriva a 1000 atmosfere) alle bocche idrotermali, con temperature di 130 °C. Premesso questo, non è impossibile immaginare organismi viventi adattati alle condizioni previste dai modelli di mondo oceanico compatibili con K2-18b. Sotto questo punto di vista, i modelli meno alieni sono quelli con un nucleo di ferro e roccia inferiore al 15 per cento della massa del pianeta e con l’atmosfera poco massiccia. In questi casi lo strato d’acqua può arrivare ad avere temperature di circa 30 °C con pressioni di 1-10 atmosfere. Quindi è possibile che K2-18b possa ospitare forme di vita, ma saranno necessarie ulteriori osservazioni dello spettro della sua atmosfera per poter raggiungere un minimo grado di sicurezza. In ogni caso, anche nei modelli più favorevoli, su K2-18b sarebbero possibili solo forme di vita di tipo acquatico. Un buon posto per pescare – forse – ma non per viverci.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo dal titolo “The interior and atmosphere of the habitable-zone exoplanet K2-18b”, di Nikku Madhusudhan, Matthew C. Nixon, Luis Welbanks, Anjali A. A. Piette e Richard A. Booth