Il più grande e potente telescopio spaziale della NASA, il James Webb (JWST), ha effettuato la prima lettura in assoluto della luce emessa da un piccolo esopianeta roccioso, nell’ultima dimostrazione delle sue capacità.
Il JWST ha mostrato il cosmo come non era mai stato visto prima, catturando immagini maestose di galassie e nebulose di anni luce di diametro.
Ma è anche in grado di concentrarsi su obiettivi molto più piccoli, come gli esopianeti, pianeti al di fuori del nostro sistema solare.
Un team internazionale di ricercatori ha utilizzato il telescopio per misurare la temperatura di un esopianeta roccioso nel sistema stellare TRAPPIST-1, che ospita il più grande lotto conosciuto di pianeti rocciosi delle dimensioni della Terra nella zona abitabile.
La zona abitabile si riferisce alla posizione di un pianeta non troppo vicina e non troppo lontana dalla sua stella ospite, il che significa che le temperature potrebbero essere giuste per la formazione di acqua liquida e per il mantenimento di un’atmosfera.
C’è quindi un notevole interesse per i sette pianeti conosciuti all’interno del sistema TRAPPIST-1, come potenziali candidati per ospitare la vita aliena.
I risultati del JWST, tuttavia, suggeriscono che il pianeta TRAPPIST-1 b non ha un’atmosfera significativa e ha una temperatura diurna di circa 230 gradi Celsius.
La misurazione si basa sull’emissione termica del pianeta: energia termica emessa sotto forma di luce infrarossa rilevata dal Mid-Infrared Instrument (MIRI) di Webb.
Primo rilevamento di luce da un piccolo esopianeta roccioso
La lettura è la prima rilevazione di luce da un esopianeta piccolo e potenzialmente freddo come i pianeti rocciosi nel nostro sistema solare, un passo importante per determinare se i pianeti in orbita attorno a piccole stelle attive possano sostenere le atmosfere necessarie per sostenere la vita.
I ricercatori dicono anche che è una buona dimostrazione della capacità di Webb di studiare esopianeti delle dimensioni della Terra usando il MIRI.
“Queste osservazioni sfruttano davvero la capacità del medio infrarosso di Webb”, ha affermato Thomas Greene, astrofisico dell’Ames Research Center della NASA e autore principale dello studio pubblicato martedì sulla rivista Nature. “Nessun telescopio precedente ha avuto la sensibilità per misurare una luce così fioca nel medio infrarosso”.
I pianeti TRAPPIST-1 sono stati scoperti nel 2017, in orbita attorno alla stella nana rossa ultrafredda che si trova a 40 anni luce dalla Terra. Hanno suscitato particolare interesse a causa della loro apparente somiglianza con i pianeti interni del nostro sistema solare.
Mentre orbitano tutti molto più vicini alla loro stella rispetto a qualsiasi pianeta del nostro sistema solare (all’interno dell’orbita di Mercurio, il più vicino al nostro Sole), ricevono quantità comparabili di energia dalla loro piccola stella.
Sebbene TRAPPIST-1 b non si trovi nella zona abitabile, fornisce ai ricercatori importanti informazioni sui pianeti vicini e su altri attorno a stelle simili.
“Ci sono dieci volte più di queste stelle nella Via Lattea quante sono le stelle come il Sole, e hanno il doppio delle probabilità di avere pianeti rocciosi rispetto a stelle come il Sole”, ha spiegato Greene. “Ma sono anche molto attivi – sono molto luminosi quando sono giovani ed emettono bagliori e raggi X che possono spazzare via un’atmosfera”.
La coautrice Elsa Ducrot della Commissione per le energie alternative e l’energia atomica (CEA) in Francia, che faceva parte del team che ha condotto gli studi iniziali del sistema TRAPPIST-1, ha aggiunto che “è più facile caratterizzare i pianeti terrestri attorno a stelle più piccole e più fredde . Se vogliamo capire l’abitabilità intorno alle stelle M, il sistema TRAPPIST-1 è un grande laboratorio. Questi sono i migliori bersagli che abbiamo per osservare le atmosfere dei pianeti rocciosi”.
Rilevamento di un’atmosfera
Il team ha utilizzato una tecnica chiamata fotometria dell’eclissi secondaria, in cui MIRI ha misurato il cambiamento di luminosità del sistema mentre il pianeta si spostava dietro la stella.
TRAPPIST-1 b non è abbastanza caldo da emettere luce propria, ma ha un flusso infrarosso. Sottraendo la luminosità della stella dalla luminosità della stella e del pianeta combinati, i ricercatori hanno potuto calcolare con successo la quantità di luce infrarossa emessa dal pianeta.
I risultati mostrano quanto sia potente Webb. La stella è più di 1.000 volte più luminosa del pianeta e un cambiamento di luminosità quando il pianeta è allineato in un’eclissi è inferiore allo 0,1%.
“C’era anche il timore che avremmo perso l’eclissi. I pianeti si tirano tutti l’un l’altro, quindi le orbite non sono perfette”, ha detto Taylor Bell, il ricercatore post-dottorato presso il Bay Area Environmental Research Institute che ha analizzato i dati.
“Ma è stato semplicemente fantastico: l’ora dell’eclissi che abbiamo visto nei dati corrispondeva all’ora prevista entro un paio di minuti”.
L’analisi dei dati di cinque osservazioni di eclissi secondarie separate indica che TRAPPIST-1 b ha una temperatura diurna di circa 230°C. Il team ritiene che l’interpretazione più probabile sia che il pianeta non abbia un’atmosfera.
“Abbiamo confrontato i risultati con modelli computerizzati che mostrano quale dovrebbe essere la temperatura in diversi scenari”, ha spiegato Ducrot.
“I risultati sono quasi perfettamente coerenti con un corpo nero fatto di nuda roccia e senza atmosfera per far circolare il calore. Inoltre, non abbiamo visto alcun segno di assorbimento della luce da parte dell’anidride carbonica, cosa che risulterebbe evidente in queste misurazioni”.
“Hot Jupiter” dà risultati inaspettati
Un altro foglio appena pubblicato sulla rivista Nature ha anche fatto scoperte riguardanti le atmosfere planetarie, usando JWST, ma questa volta stava guardando i giganti gassosi.
I giganti gassosi in orbita attorno al nostro sole hanno uno schema chiaro, affermano i ricercatori: più massiccio è il pianeta, minore è la percentuale di elementi pesanti (qualsiasi cosa diversa dall’idrogeno o dall’elio) nell’atmosfera.
Utilizzando Webb, sono stati in grado di confermare tuttavia che i giganti gassosi in altri sistemi stellari non sono conformi a questo schema.
Osservando un cosiddetto “giove caldo” in orbita attorno a una stella paragonabile al nostro sole, hanno scoperto che l’atmosfera è sovrabbondante di elementi più pesanti come carbonio e ossigeno.
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