INAF - Istituto Nazionale di Astrofisica

08/20/2019 | News release | Distributed by Public on 08/20/2019 06:13

Raro sguardo al suolo d’un mondo roccioso

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Rappresentazione artistica dell'esopianeta terrestre Lhs 3844b che orbita attorno a una piccola stella a 49 anni luce dalla Terra. Secondo le osservazioni dello Spitzer Space Telescope della Nasa, potrebbe essere coperto da una roccia vulcanica scura, come il basalto. I dati di Spitzer suggeriscono anche che il pianeta ha poca o nessuna atmosfera. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/R. Hurt (Ipac)

La camera infrarossa Irac, a bordo dell'osservatorio spaziale Spitzer della Nasa, ha permesso di dare un'occhiata alla superficie di un pianeta roccioso che orbita attorno a un'altra stella. Dai dati di Irac risulta che, molto probabilmente, l'esopianeta in questione ha un'atmosfera scarsa o addirittura inesistente, e potrebbe essere ricoperto dallo stesso materiale vulcanico raffreddato che ricopre le scure regioni lunari conosciute come mari. L'esopianeta potrebbe quindi essere molto simile a Mercurio o alla nostra Luna.

La scoperta, pubblicata sulla rivista Nature il 19 agosto 2019, è solo l'ultima di una serie di quasi 700 pubblicazioni, riguardanti esopianeti, basate sulle osservazioni di Irac dal 2009, quando ha avuto inizio la Warm Mission di Spitzer e la camera infrarossa è diventata il suo unico strumento operativo.

Il pianeta oggetto della pubblicazione, Lhs 3844b, è stato scoperto nel 2018 dalla missione Tess (Transiting Exoplanet Satellite Survey) della Nasa, si trova a 48.6 anni luce dalla Terra e ha un raggio pari a 1.3 volte quello della Terra. Orbita attorno a una piccola e fredda stella nana di tipo M, uno dei tipi più comuni e longevi presenti nella nostra galassia, che si presume ospiti un'alta percentuale del numero totale di pianeti nella galassia. Tess ha trovato il pianeta attraverso il metodo dei transiti che rileva quando la luce osservata di una stella madre si affievolisce mentre il suo esopianeta in orbita attraversa la linea di vista tra la stella e la Terra.

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Rilevazione della luce dall'esopianeta Lhs 3844b. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/L. Kreidberg (CfA|Harvard & Smithsonian)

Durante le osservazioni di follow-up, Irac ha rilevato la luce dalla superficie di Lhs 3844b. Il pianeta compie una rivoluzione completa attorno alla stella madre in sole 11 ore. Con un'orbita così stretta, Lhs 3844b è molto probabilmente sincronizzato con un lato del pianeta permanentemente rivolto verso la stella (come la Luna rispetto alla Terra). Il lato rivolto verso la stella si trova a circa 770 gradi Celsius. Essendo relativamente caldo, il pianeta irradia abbondanti quantità di luce infrarossa che Irac è stata in grado di misurare. Questa osservazione rappresenta la prima volta che i dati di Irac sono stati in grado di fornire informazioni sull'atmosfera di un mondo di dimensioni terrestri orbitante attorno a una stella nana di tipo M.

Misurando la differenza di temperatura tra i lati caldo e freddo del pianeta, il team ha concluso che tra i due lati del pianeta il trasferimento di calore è trascurabile. Se fosse presente un'atmosfera, l'aria calda sul lato in cui è giorno si espanderebbe naturalmente, generando venti che trasferirebbero calore in tutto il pianeta. In un mondo roccioso con poca o nessuna atmosfera, come la Luna, non c'è aria per trasferire calore.

Comprendere i fattori che potrebbero preservare o distruggere le atmosfere planetarie è fondamentale per la ricerca di ambienti abitabili al di fuori del nostro Sistema solare. L'atmosfera terrestre è la ragione per cui può esistere acqua liquida in superficie, permettendo alla vita di prosperare. D'altra parte, la pressione atmosferica di Marte attualmente è inferiore all'1 per cento di quella terrestre, e gli oceani e i fiumi che un tempo erano presenti sulla superficie del Pianeta rosso sono scomparsi.

«Abbiamo molte teorie sul modo in cui le atmosfere planetarie possono essere presenti in pianeti orbitanti attorno a stelle nane di tipo M, ma non siamo mai stati in grado di studiarle empiricamente», dice Laura Kreidberg, prima autrice dello studio. «Ora, con Lhs 3844b, abbiamo un pianeta terrestre al di fuori del nostro Sistema solare dove per la prima volta possiamo determinare, da un punto di vista osservativo, che non è presente un'atmosfera».

Rispetto alle stelle simili al Sole, le nane M emettono livelli relativamente alti di luce ultravioletta, che è dannosa per la vita e può spazzare via l'atmosfera di un pianeta. Sono stelle particolarmente violente nella loro giovinezza, che possono manifestare numerosi flare, esplosioni di radiazioni e particelle che possono spazzare via le atmosfere planetarie circostanti.

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In alto, flusso del pianeta rispetto a quello della stella, in 25 intervalli equidistanti all'interno del periodo orbitale del pianeta pari a 11.1 ore (punti con incertezze di 1σ) rispetto alla curva (linea) di best-fit. I dati sono normalizzati in modo che il flusso relativo sia zero quando il pianeta viene eclissato dalla stella, nella fase orbitale 0.5. In basso, mappa delle armoniche sferiche della temperatura utilizzate per generare il modello di variazione di fase. Il modello include la variazione di temperatura nord-sud, ma solo la variazione di est-ovest è vincolata dai dati. Crediti: Nature, Nasa/Jpl-Caltech/L. Kreidberg (CfA|Harvard & Smithsonian)

Le osservazioni di Irac escludono un'atmosfera con una pressione superiore a 10 volte quella della Terra (pari a 1 bar, a livello del mare). Anche un'atmosfera con una pressione più bassa, tra 1 e 10 bar, è stata quasi del tutto esclusa, sebbene gli autori abbiano notato che potrebbe esserci un piccola probabilità che tale atmosfera esista se le proprietà stellari e planetarie soddisfacessero alcuni criteri molto specifici e piuttosto improbabili.

A supporto del fatto che tale atmosfera non dovrebbe esistere, sostengono inoltre che, essendo il pianeta così vicino alla stella, una sottile atmosfera sarebbe eliminata dall'intensa radiazione e dai venti della stella. «Spero ancora che altri pianeti intorno a stelle nane M possano mantenere la loro atmosfera», ha detto la Kreidberg. «I pianeti terrestri nel nostro Sistema solare sono enormemente diversi e mi aspetto che ciò possa essere vero anche per altri esopianeti».

In questo studio, gli scienziati hanno fatto un ulteriore passo avanti, usando l'albedo di superficie (o la sua riflettività) per cercare di dedurne la composizione. Lo studio pubblicato su Nature mostra che Lhs 3844b è un pianeta 'piuttosto oscuro', probabilmente ricoperto di basalto, una roccia nera di origine vulcanica. «Sappiamo che i mari della Luna si sono formati dall'antico vulcanismo», spiega Renyu Hu, co-autore dello studio «e crediamo che questo potrebbe essere quello che è successo su questo pianeta».

Spitzer e il telescopio spaziale Hubble della Nasa hanno raccolto informazioni sulle atmosfere di innumerevoli pianeti gassosi, ma Lhs 3844b sembra essere il pianeta più piccolo per il quale gli scienziati hanno usato la luce proveniente dalla sua superficie per conoscere la sua atmosfera o, come in questo caso, la sua mancanza.

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature l'articolo 'Absence of a thick atmosphere on the terrestrial exoplanet Lhs 3844b ' di Laura Kreidberg, Daniel D. B. Koll, Caroline Morley, Renyu Hu, Laura Schaefer, Drake Deming, Kevin B. Stevenson, Jason Dittmann, Andrew Vanderburg, David Berardo, Xueying Guo, Keivan Stassun, Ian Crossfield, David Charbonneau, David W. Latham, Abraham Loeb, George Ricker, Sara Seager e Roland Vanderspek