Webb osserva l’esopianeta TRAPPIST-1 e della zona abitabile delle dimensioni della Terra

Gli scienziati degli esopianeti stanno lavorando al sistema TRAPPIST-1 di sette mondi delle dimensioni della Terra con il telescopio spaziale James Webb della NASA, dimostrando la sua capacità senza precedenti di catturare informazioni dettagliate sulle atmosfere degli esopianeti e imparando a lavorare con tali dati. I primi risultati sono ora arrivati dalle osservazioni di Webb del pianeta e, che orbita nella “zona di Riccioli d’oro” della sua stella ospite (chiamata anche zona abitabile), dove non è né troppo caldo né troppo freddo, ma potenzialmente adatto per l’acqua liquida sulla superficie del pianeta. Cioè, se c’è anche un’atmosfera che fornisce la pressione necessaria all’acqua per mantenere uno stato liquido stabile. Mentre le prime quattro osservazioni di Webb non sono sufficienti per confermare l’esistenza di un’atmosfera, gli scienziati stanno utilizzando i dati per restringere le possibilità per il pianeta, comprese possibilità come un oceano di superficie globale o un ambiente arricchito di metano simile alla luna di Saturno, Titano. Nel frattempo, sono in corso ulteriori e innovative osservazioni di Webb che alla fine mostreranno quale tipo di mondo si rivelerà essere TRAPPIST-1 e.

Gli scienziati sono nel bel mezzo dell’osservazione del esopianeta TRAPPIST-1 e con il telescopio spaziale James Webb della NASA.

Un’attenta analisi dei risultati finora presenta diversi potenziali scenari per come potrebbero essere l’atmosfera e la superficie del pianeta, poiché le missioni scientifiche della NASA gettano le basi chiave per rispondere alla domanda: “siamo soli nell’universo?”

“Gli strumenti a infrarossi di Webb ci stanno fornendo più dettagli di quanto abbiamo mai avuto accesso prima, e le prime quattro osservazioni che siamo stati in grado di fare del pianeta E ci stanno mostrando con cosa dovremo lavorare quando arriverà il resto delle informazioni”, ha detto Néstor Espinoza dello Space Telescope Science Institute di Baltimora. Maryland, uno dei ricercatori principali del team di ricerca.

I risultati iniziali del team sono pubblicati sull’Astrophysical Journal Letters.

Dei sette mondi di dimensioni terrestri in orbita attorno alla nana rossa TRAPPIST-1, il pianeta e è di particolare interesse perché orbita attorno alla stella a una distanza in cui l’acqua sulla superficie è teoricamente possibile – non troppo calda, non troppo fredda – ma solo se il pianeta ha un’atmosfera.

È qui che entra in gioco Webb. I ricercatori hanno puntato il potente strumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) del telescopio verso il sistema mentre il pianeta e transitava, o passava davanti alla sua stella.

La luce stellare che passa attraverso l’atmosfera del pianeta, se ce n’è una, sarà parzialmente assorbita, e i corrispondenti cali nello spettro della luce che raggiunge Webb diranno agli astronomi quali sostanze chimiche si trovano lì.

Con ogni transito aggiuntivo, il contenuto atmosferico diventa più chiaro man mano che vengono raccolti più dati.

Atmosfera primaria improbabile

Anche se rimangono aperte molteplici possibilità per il pianeta e perché finora sono stati analizzati solo quattro transiti, i ricercatori sono fiduciosi che il pianeta non abbia ancora la sua atmosfera primaria, o originale.

TRAPPIST-1 è una stella molto attiva, con frequenti brillamenti, quindi non è sorprendente per i ricercatori che qualsiasi atmosfera di idrogeno-elio con cui il pianeta potrebbe essersi formato sia stata strappata via dalla radiazione stellare.

Tuttavia, molti pianeti, inclusa la Terra, costruiscono un’atmosfera secondaria più pesante dopo aver perso la loro atmosfera primaria.

È possibile che il pianeta e non sia mai stato in grado di farlo e non abbia un’atmosfera secondaria.

Eppure i ricercatori dicono che c’è la stessa possibilità che ci sia un’atmosfera, e il team ha sviluppato nuovi approcci per lavorare con i dati di Webb per determinare le potenziali atmosfere e gli ambienti di superficie del pianeta e.

Un mondo di (meno) possibilità

I ricercatori dicono che è improbabile che l’atmosfera di TRAPPIST-1 e sia dominata dall’anidride carbonica, analogamente alla spessa atmosfera di Venere e alla sottile atmosfera di Marte. Tuttavia, i ricercatori sono anche attenti a notare che non ci sono parallelismi diretti con il nostro sistema solare.

“TRAPPIST-1 è una stella molto diversa dal nostro Sole, e quindi anche il sistema planetario che la circonda è molto diverso, il che sfida sia le nostre ipotesi osservative che teoriche”, ha detto il membro del team Nikole Lewis, professore associato di astronomia alla Cornell University.

Se c’è acqua liquida su TRAPPIST-1 e, i ricercatori dicono che sarebbe accompagnata da un effetto serra  in cui vari gas, in particolare l’anidride carbonica, mantengono stabile l’atmosfera e riscaldato il pianeta.

“Un piccolo effetto serra fa molto”, ha detto Lewis, e le misurazioni non escludono un’adeguata anidride carbonica per sostenere un po’ d’acqua in superficie.

Secondo l’analisi del team, l’acqua potrebbe assumere la forma di un oceano globale, o coprire un’area più piccola del pianeta dove la stella si trova a mezzogiorno perpetuo, circondata dal ghiaccio.

Questo sarebbe possibile perché, a causa delle dimensioni dei pianeti di TRAPPIST-1 e delle orbite vicine alla loro stella, si pensa che siano tutti in rotazione sincrona, con un lato sempre rivolto verso la stella e un lato sempre al buio.

Nuovo metodo innovativo

Espinoza e la co-ricercatrice principale Natalie Allen della Johns Hopkins University stanno guidando un team che sta attualmente effettuando 15 osservazioni aggiuntive del pianeta e, con una svolta innovativa.

Gli scienziati stanno cronometrando le osservazioni in modo che Webb catturi entrambi i pianeti b ed e in transito sulla stella uno dopo l’altro.

Dopo le precedenti osservazioni di Webb del pianeta b, il pianeta in orbita più vicino a TRAPPIST-1, gli scienziati sono abbastanza sicuri che si tratti di una roccia nuda senza atmosfera.

Ciò significa che i segnali rilevati durante il transito del pianeta b possono essere attribuiti solo alla stella e, poiché il pianeta e transita quasi nello stesso momento, ci saranno meno complicazioni dovute alla variabilità della stella.

Gli scienziati hanno in programma di confrontare i dati di entrambi i pianeti e qualsiasi indicazione di sostanze chimiche che compaiono solo nello spettro del pianeta e può essere attribuita alla sua atmosfera.

“Siamo ancora nelle prime fasi per capire che tipo di scienza straordinaria possiamo fare con Webb. È incredibile misurare i dettagli della luce stellare attorno a pianeti delle dimensioni della Terra a 40 anni luce di distanza e imparare come potrebbe essere lì, se la vita potesse essere possibile lì”, ha detto Ana Glidden, ricercatrice post-dottorato presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del Massachusetts Institute of Technology, che ha guidato la ricerca sulle possibili atmosfere per il pianeta e. “Siamo in una nuova era di esplorazione di cui è molto eccitante far parte”.

I quattro transiti di TRAPPIST-1 analizzati nei nuovi articoli pubblicati oggi sono stati raccolti dalla collaborazione DREAMS (Deep Reconnaissance of Exoplanet Atmospheres using Multi-instrument Spectroscopy) del JWST Telescope Scientist Team.

Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Joseph Olmsted (STScI)

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