Webb della NASA rileva una densa atmosfera attorno a un mondo di lava

I ricercatori che utilizzano il James Webb Space Telescope della NASA hanno rilevato la prova più forte finora di un’atmosfera su un pianeta roccioso fuori dal nostro sistema solare, mentre la NASA guida il mondo nell’esplorazione dell’universo dalla Luna a Marte e oltre.

Le osservazioni del super-terrestre ultra-caldo TOI-561 b suggeriscono che l’esopianeta sia circondato da uno spesso strato di gas sopra un oceano magmatico globale. I risultati aiutano a spiegare la densità insolitamente bassa del pianeta e sfidano la saggezza prevalente secondo cui pianeti relativamente piccoli così vicini alle loro stelle non sono in grado di sostenere atmosfere.

Con un raggio circa 1,4 volte quello della Terra e un periodo orbitale inferiore a 11 ore, TOI-561 b rientra in una rara classe di oggetti noti come esopianeti a periodo ultra-breve.

Sebbene la sua stella ospite sia solo leggermente più piccola e fredda del Sole, TOI-561 b orbita così vicino alla stella — meno di un milione di miglia (un quarantesimo della distanza tra Mercurio e il Sole) — che deve essere bloccata per marea, con la temperatura del suo lato diurno permanente che supera di gran lunga la temperatura di fusione tipica della roccia.

“Ciò che davvero distingue questo pianeta è la sua densità anomalamente bassa”, ha detto Johanna Teske, scienziata dello staff presso il Carnegie Science Earth and Planets Laboratory e autrice principale di un articolo pubblicato giovedì su The Astrophysical Journal Letters. “Ma è meno denso di quanto ci si aspetterebbe se avesse una composizione simile a quella terrestre.”

Immagine B: Esopianeta Super-Terrestre TOI-561 b (Concetto dell’Artista)

Una spiegazione che il team ha considerato per la bassa densità del pianeta era che potesse avere un nucleo di ferro relativamente piccolo e un mantello fatto di roccia che non è densa quanto quella della Terra. Teske osserva che questo potrebbe avere senso:

“TOI-561 b è distinto tra i pianeti a periodi ultra-brevi perché orbita attorno a una stella molto antica (due volte più vecchia del Sole), povera di ferro, in una regione della Via Lattea nota come disco spesso. Deve essersi formato in un ambiente chimico molto diverso rispetto ai pianeti del nostro sistema solare.”

La composizione del pianeta potrebbe rappresentare pianeti formati quando l’universo era relativamente giovane.

Ma una composizione esotica non può spiegare tutto. Il team sospettava anche che TOI-561 b potesse essere circondato da un’atmosfera densa che lo fa sembrare più grande di quanto sia in realtà.

Sebbene i piccoli pianeti che hanno trascorso miliardi di anni a bruciare in radiazione stellare ardente non siano destinati ad avere atmosfere, alcuni mostrano segni che non si tratta solo di roccia nuda o lava.

Per testare l’ipotesi che TOI-561 b abbia un’atmosfera, il team ha utilizzato il NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb per misurare la temperatura diurna del pianeta basandosi sulla sua luminosità nel vicino infrarosso.

La tecnica, che consiste nel misurare la diminuzione della luminosità del sistema stella-pianeta man mano che il pianeta si muove dietro la stella, è simile a quella usata per cercare atmosfere nel sistema TRAPPIST-1 e su altri mondi rocciosi.

Se TOI-561 b è una roccia nuda senza atmosfera che trasporti il calore verso il lato notturno, la sua temperatura diurna dovrebbe avvicinarsi ai 4.900 gradi Fahrenheit (2.700 gradi Celsius).

Ma le osservazioni del NIRSpec mostrano che il lato diurno del pianeta sembra essere più vicino ai 3.200 gradi Fahrenheit (1.800 gradi Celsius) — ancora estremamente caldo, ma molto più fresco del previsto.

Immagine C: Esopianeta Super-Terrestre TOI-561 b (Spettro di Emissione NIRSpec)

Per spiegare i risultati, il team ha considerato diversi scenari.

L’oceano magmatico potrebbe far circolare un po’ di calore, ma senza atmosfera, il lato notturno sarebbe probabilmente solido, limitando il flusso lontano dal lato diurno.

È possibile anche un sottile strato di vapore di roccia sulla superficie dell’oceano magmatico, ma da solo probabilmente avrebbe un effetto di raffreddamento molto minore rispetto a quello osservato.

“Abbiamo davvero bisogno di un’atmosfera densa e ricca di volatilità per spiegare tutte le osservazioni”, ha detto Anjali Piette, coautrice dell’Università di Birmingham, Regno Unito.

“I venti forti raffredderebbero il lato diurno trasportando il calore sul lato notturno. Gas come il vapore acqueo assorbirebbero alcune lunghezze d’onda della luce nel vicino infrarosso emessa dalla superficie prima di raggiungere l’atmosfera. (Il pianeta sembrerebbe più freddo perché il telescopio rileva meno luce.) È anche possibile che ci siano nuvole silicatate luminose che raffreddano l’atmosfera riflettendo la luce delle stelle.”

Sebbene le osservazioni di Webb forniscano prove convincenti di tale atmosfera, la domanda rimane: come può un piccolo pianeta esposto a radiazioni così intense riuscire a trattenere qualsiasi atmosfera, figuriamoci una così consistente? Alcuni gas devono fuggire nello spazio, ma forse non in modo efficiente come previsto.

“Pensiamo che ci sia un equilibrio tra l’oceano magmatico e l’atmosfera. Mentre i gas escono dal pianeta per alimentare l’atmosfera, l’oceano magmatico li risucchia indietro nell’interno,” ha detto il coautore Tim Lichtenberg dell’Università di Groningen nei Paesi Bassi.

“Questo pianeta deve essere molto, molto più ricco di volatilità della Terra per spiegare le osservazioni. È davvero come una palla di lava bagnata.”

Questi sono i primi risultati del Programma General Observers 3860 di Webb, che prevedeva l’osservazione continua del sistema per più di 37 ore mentre TOI-561 b completava quasi quattro orbite complete attorno alla stella.

Il team sta attualmente analizzando l’intero set di dati per mappare la temperatura intorno al pianeta e restringere la composizione dell’atmosfera.

“Ciò che è davvero entusiasmante è che questo nuovo set di dati sta aprendo ancora più domande di quante ne stia rispondendo,” ha detto Teske.

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