A caccia dei segreti degli esopianeti: il profondo studio del telescopio spaziale Webb
Nel sistema solare TRAPPIST-1, situato a 40 anni luce dal nostro Sole, sette pianeti delle dimensioni della Terra orbitano attorno a una stella fredda. Gli astronomi hanno raccolto nuovi dati sul pianeta TRAPPIST-1 b, il più vicino alla sua stella, utilizzando il telescopio spaziale James Webb (JWST). Queste nuove osservazioni offrono spunti su come la stella può influenzare le osservazioni degli esopianeti nella zona abitabile delle stelle fredde. Nella zona abitabile, l’acqua liquida può ancora esistere sulla superficie del pianeta in orbita.
Il ruolo dominante della stella
Le osservazioni non hanno rilevato segni di un’atmosfera attorno a TRAPPIST-1 b. Questo suggerisce che il pianeta potrebbe essere una roccia nuda, avere nuvole alte nell’atmosfera, o avere una molecola molto pesante come il biossido di carbonio che rende l’atmosfera troppo piccola per essere rilevata. Tuttavia, ciò che si vede è che la stella è assolutamente l’effetto più grande che domina le osservazioni, e questo farà esattamente la stessa cosa agli altri pianeti del sistema.
La maggior parte dell’indagine del team è stata incentrata su quanto si potesse apprendere sull’impatto della stella sulle osservazioni dei pianeti del sistema TRAPPIST-1. Se non si riesce a capire come gestire la stella ora, sarà molto più difficile quando si guarderanno i pianeti nella zona abitabile – TRAPPIST-1 d, e, e f - per vedere eventuali segnali atmosferici.
Un promettente sistema esoplanetario
TRAPPIST-1, una stella molto più piccola e fredda del nostro Sole situata a circa 40 anni luce dalla Terra, ha catturato l’attenzione degli scienziati e degli appassionati di spazio sin dalla scoperta dei suoi sette esopianeti delle dimensioni della Terra nel 2017. Questi mondi, strettamente raggruppati attorno alla loro stella con tre di essi all’interno della sua zona abitabile, hanno alimentato le speranze di trovare ambienti potenzialmente abitabili al di fuori del nostro sistema solare.
Lo studio dell’atmosfera di TRAPPIST-1 b
Lo studio, guidato da Olivia Lim dell’Istituto Trottier per la Ricerca sugli Esopianeti presso l’Università di Montreal, ha utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia di trasmissione per ottenere importanti informazioni sulle proprietà di TRAPPIST-1 b. Analizzando la luce della stella centrale dopo che è passata attraverso l’atmosfera dell’esopianeta durante un transito, gli astronomi possono vedere l’impronta unica lasciata dalle molecole e dagli atomi presenti in quell’atmosfera.
Conoscere la stella, conoscere il pianeta
La scoperta chiave dello studio è stata l’importante impatto dell’attività stellare e della contaminazione quando si cerca di determinare la natura di un esopianeta. La contaminazione stellare si riferisce all’influenza delle caratteristiche della stella stessa, come le regioni scure chiamate macchie e le regioni luminose chiamate faculae, sulle misurazioni dell’atmosfera dell’esopianeta.
Il team ha trovato prove convincenti che la contaminazione stellare svolge un ruolo cruciale nella formazione degli spettri di trasmissione di TRAPPIST-1 b e, probabilmente, degli altri pianeti del sistema. L’attività della stella centrale può creare ”segnali fantasma” che possono ingannare l’osservatore facendogli pensare di aver rilevato una particolare molecola nell’atmosfera dell’esopianeta.
L’importanza dell’impatto stellare
Questo risultato sottolinea l’importanza di considerare la contaminazione stellare quando si pianificano future osservazioni di tutti i sistemi esoplanetari. Questo è particolarmente vero per sistemi come TRAPPIST-1, poiché è centrato attorno a una stella nana rossa che può essere particolarmente attiva con macchie stellari e frequenti eventi di flare.
La ricerca di un’atmosfera significativa su TRAPPIST-1 b
Sebbene tutti e sette i pianeti di TRAPPIST-1 siano stati candidati allettanti nella ricerca di esopianeti delle dimensioni della Terra con un’atmosfera, la vicinanza di TRAPPIST-1 b alla sua stella significa che si trova in condizioni più severe rispetto ai suoi fratelli. Riceve quattro volte più radiazioni di quelle che la Terra riceve dal Sole e ha una temperatura superficiale compresa tra 120 e 220 gradi Celsius.
Nessuna atmosfera significativa su TRAPPIST-1 b
Tuttavia, se TRAPPIST-1 b avesse un’atmosfera, sarebbe la più facile da rilevare e descrivere di tutti gli obiettivi nel sistema. Poiché TRAPPIST-1 b è il pianeta più vicino alla sua stella e quindi il pianeta più caldo del sistema, il suo transito crea un segnale più forte. Tutti questi fattori rendono TRAPPIST-1 b un obiettivo di osservazione cruciale, ma sfidante.
Per tenere conto dell’impatto della contaminazione stellare, il team ha condotto due recuperi atmosferici indipendenti, una tecnica per determinare il tipo di atmosfera presente su TRAPPIST-1 b, basata su osservazioni. Nel primo approccio, la contaminazione stellare è stata rimossa dai dati prima che fossero analizzati. Nel secondo approccio, condotto da MacDonald, la contaminazione stellare e l’atmosfera planetaria sono state modellate e adattate simultaneamente.
In entrambi i casi, i risultati indicavano che gli spettri di TRAPPIST-1 b potevano essere ben corrispondenti alla sola contaminazione stellare modellata. Questo suggerisce nessuna evidenza di un’atmosfera significativa sul pianeta. Un tale risultato rimane molto prezioso, poiché dice agli astronomi quali tipi di atmosfere sono incompatibili con i dati osservati.
Guardando al futuro
Mentre gli astronomi continuano a esplorare altri pianeti rocciosi nell’immensità dello spazio, queste scoperte informeranno futuri programmi di osservazione sul JWST e altri telescopi, contribuendo a una comprensione più ampia delle atmosfere esoplanetarie e della loro potenziale abitabilità.
