Illustrazione artistica che mostra Trappist-1c, in primo piano, in orbita attorno alla stella nana ultra-fredda Trappist-1. La misurazione da parte di Jwst della luce emessa nel medio infrarosso da Trappist-1 c suggerisce che il pianeta sia un corpo roccioso privo di atmosfera o con un’atmosfera di anidride carbonica molto sottile. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Joseph Olmsted (Stsci)
Fino ad oggi sono stati scoperti ben 4.063 sistemi planetari. Tra questi, uno dei più studiati è Trappist-1. Situato a 40 anni luce di distanza dalla Terra in direzione della costellazione dell’Acquario, il sistema è costituito da sette pianeti legati gravitazionalmente a Trappist-1, un tipo di stella – nane rosse ultra-fredde, le definiscono gli astronomi – molto meno calda del Sole e di dimensioni ridotte.
I sette pianeti del sistema sono Trappist-1 b, c, d, e, f, g ed h, mondi su cui nel tempo hanno messo gli occhi diversi telescopi spaziali, tra cui Spitzer, Kepler e Hubble. Più recentemente a studiare il sistema planetario è stato il telescopio spaziale James Webb.
Il primo obiettivo verso cui gli scienziati hanno puntato il telescopio Nasa/Esa è stato Trappist-1 b, il più interno dei sette pianeti. Ora un team di ricercatori guidati dal Max Planck Institute for Astronomy ha utilizzato il telescopio dallo specchio placcato oro per studiare un altro dei pianeti del sistema: Trappist-1 c, il secondo pianeta in ordine di distanza dalla stella. Scoperto nel 2016 insieme a Trappist-1 b e d con il metodo dei transiti, Trappist-1 c è una super-Terra molto vicina alla sua stella ospite: dista solo 0,0158 unità astronomiche (circa due milioni di chilometri), impiegando 2.4 giorni per completare un’orbita.
I ricercatori hanno puntato Jwst verso Trappist-1 c per un motivo ben preciso: comprendere se al di sopra della superficie rocciosa di questo mondo – simile per massa e dimensioni ai pianeti interni del nostro Sistema solare, in particolare a Venere – vi fosse un’atmosfera. I risultati dello studio, pubblicato ieri sulle pagine della rivista Nature, suggeriscono che Trappist-1 c non possiede un’atmosfera, e se ce l’ha è estremamente sottile.
«Vogliamo sapere se i pianeti rocciosi hanno atmosfere o meno», dice Sebastian Zieba, ricercatore presso il Max Planck Institute for Astronomy, in Germania, e primo autore dello studio. «In passato, potevamo davvero studiare solo pianeti con atmosfere spesse e ricche di idrogeno. Con il telescopio James Webb possiamo finalmente iniziare a cercare atmosfere dominate da ossigeno, azoto e anidride carbonica».
«Trappist-1 c è interessante perché è fondamentalmente un gemello di Venere», aggiunge Laura Kreidberg, anche lei ricercatrice al Max Planck Institute e tra i firmatari dello studio. «Il pianeta ha all’incirca le stesse dimensioni e riceve una quantità di radiazione dalla sua stella ospite simile a quella che Venere riceve dal Sole. Pensavamo dunque che, come Venere, potesse avere un’atmosfera densa di anidride carbonica».
Curva di luce che mostra la variazione di luminosità del sistema Trappist-1 quando il pianeta Trappist-1 c si sposta dietro la stella. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Joseph Olmsted (Stsci)
Per rivelare la presenza di un involucro gassoso attorno al pianeta, il team ha utilizzato il Mid-Infrared Instrument (Miri) di Jwst, uno strumento sensibile alle lunghezze d’onda del medio infrarosso, grazie al quale è possibile determinare la temperatura d’un pianeta. Poiché la temperatura di un esopianeta è influenzata dalla presenza di un’atmosfera, l’utilizzo dello strumento permette di vincolare le proprietà di questi involucri gassosi.
Più in dettaglio, nello studio i ricercatori hanno osservato il sistema Trappist-1 in quattro diverse occasioni durante le eclissi secondarie: un fenomeno che si verifica quando un pianeta transita dietro alla sua stella ospite. Durante questi eventi, l’emissione termica del pianeta non contribuisce allo spettro della luce osservata, che dipende solo dalla luce della stella. Alla fine dell’eclissi le cose però cambiano: in questo caso, infatti, la luce rivelata è la somma della luce della stella e del pianeta messi insieme. Sottraendo dalla luminosità rivelata alla fine dell’eclissi (stella più pianeta) la luminosità durante l’eclissi (solo stella), i ricercatori hanno calcolato il contributo in emissione del solo pianeta e quindi derivato la temperatura del lato diurno, ottenendo così informazioni sulla sua atmosfera.
Con una temperatura di circa 106 gradi Celsius, Trappist-1 c è l’esopianeta roccioso più freddo che sia mai stato caratterizzato sulla base della sua emissione termica, sottolineano i ricercatori.
«I nostri risultati suggeriscono che il pianeta sia una roccia nuda senza atmosfera, o che il pianeta abbia un’atmosfera di CO2 molto sottile (più sottile della Terra e persino di Marte) e senza nuvole», spiega Zieba. «Se il pianeta avesse una spessa atmosfera di CO2, avremmo osservato eclissi secondarie molto deboli, o non l’avremmo osservate affatto. Questo perché la CO2 avrebbe assorbito tutta la luce nel medio infrarosso, quindi non avremmo rivelato alcuna emissione provenire dal pianeta».
I dati mostrano dunque che è improbabile che il pianeta abbia un’atmosfera simile a quella di Venere. Inoltre, l’assenza di una densa atmosfera suggerisce che il pianeta si sia formato con relativamente poca acqua e altri componenti necessari per renderlo abitabile.
Grafico che mette a confronto la luminosità misurata di Trappist-1 c con i dati di luminosità simulati per tre diversi scenari. La misurazione (indicata nel grafico dal rombo rosso) è coerente con un pianeta roccioso privo di atmosfera (linea verde) o con un pianeta con un’atmosfera di anidride carbonica molto sottile senza nuvole (linea blu). Una densa atmosfera ricca di anidride carbonica con nubi di acido solforico, simile a quella di Venere (linea gialla), è molto improbabile. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Joseph Olmsted (Stsci)
La sensibilità richiesta per distinguere tra vari scenari atmosferici su un pianeta così piccolo e così lontano come Trappisti-1 c è davvero notevole, aggiungono i ricercatori. La diminuzione della luminosità che Jwst ha rilevato durante l’eclissi secondaria è stata dello 0,04 per cento, equivalente a guardare un insieme di 10mila minuscole lampadine e notare che solo quattro sono spente.
«Da decenni ormai ci si chiede se i pianeti rocciosi siano in grado di mantenere atmosfere», conclude Kreidberg. «La capacità del James Webb Space telescope ci permette di iniziare a confrontare i sistemi di esopianeti con il nostro Sistema solare in un modo che non abbiamo mai fatto prima».
Lo studio in questione è stato condotto come parte del programma General Observers (Go) di Jwst, ed è uno degli otto programmi previsti nel primo anno di attività scientifiche del telescopio progettati per aiutare a caratterizzare il sistema planetario Trappist-1. Il prossimo anno, i ricercatori condurranno un’indagine di follow-up per osservare le orbite di Trappist-1 b e Ttrappist-1 c. Ciò, oltre a consentire di vedere come cambiano le temperature dei due pianeti dal giorno alla notte, fornirà ulteriori vincoli sulla presenza o meno di atmosfere.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “No thick carbon dioxide atmosphere on the rocky exoplanet TRAPPIST-1 c”, di Sebastian Zieba, Laura Kreidberg, Elsa Ducrot, Michaël Gillon, Caroline Morley, Laura Schaefer, Patrick Tamburo, Daniel D. B. Koll, Xintong Lyu, Lorena Acuña, Eric Agol, Aishwarya R. Iyer, Renyu Hu, Andrew P. Lincowski, Victoria S. Meadows, Franck Selsis, Emeline Bolmont, Avi M. Mandell e Gabrielle Suissa