IDROGENO, ELIO E ACIDO CIANIDRICO

55 Cancri e la sua velenosa atmosfera

Un team di scienziati dello University College London (tre dei quali italiani) ha scoperto che l’atmosfera del pianeta ‘e’ in orbita attorno alla stella 55 Cancri, a differenza dell’atmosfera terrestre, non si è evoluta significativamente dalla sua formazione

This artist’s impression shows the super-Earth 55 Cancri e in front of its parent star. Using observations made with the NASA/ESA Hubble Space Telescope and new analytic software scientists were able to analyse the composition of its atmosphere. It was the first time this was possible for a super-Earth. 55 Cancri e is about 40 light-years away and orbits a star slightly smaller, cooler and less bright than our Sun. As the planet is so close to its parent star, one year lasts only 18 hours and temperatures on the surface are thought to reach around 2000 degrees Celsius.

Rappresentazione artistica della super-Terra 55 Cancri e davanti alla sua stella madre. Crediti: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Conosciamo da anni il pianeta roccioso 55 Cancri e (vedi Media INAF), due volte le dimensioni della Terra ma con una massa ben otto volte maggiore: caratteristiche che lo rendono uno degli esopianeti più densi mai studiati finora. Scoperto nel 2004, 55 Cancri e (o Janssen) interessa gli astronomi per la sua particolare struttura, ma anche per la sua atmosfera. Un gruppo di ricercatori europei è riuscito infatti a rilevare per la prima volta i gas dell’atmosfera di questa super-Terra, trovando la presenza di idrogeno ed elio ma non quella di vapore acqueo. Lo studio è stato pubblicato su The Astrophysical Journal.

«Questa è una scoperta molto emozionante, perché è la prima volta che siamo stati in grado di rilevare i gas presenti nell’atmosfera di una super-Terra», spiega Marco Rocchetto, dottorando nel dipartimento di Fisica e Astronomia allo UCL (University College London), che ha lavorato all’analisi e all’interpretazione dei dati con i colleghi Angelos Tsiaras e Ingo Waldmann. «Le osservazioni dell’atmosfera di 55 Cancri e suggeriscono che il pianeta è stato in grado di conservare una quantità considerevole di idrogeno ed elio dalla nebula di gas dalla quale si sono formati».

55 Cancri e è la super-Terra più vicina a noi,  per questo anche tra i migliori candidati per le osservazioni dettagliate della superficie e delle condizioni atmosferiche dei pianeti extrasolari rocciosi. 55 Cancri e è inoltre così vicino a 55Cancri A (la sua stella simile al Sole, a circa 40 anni luce dalla Terra) che un anno, lassù, dura appena 18 ore e le temperature sulla superficie raggiungono circa 2.000 gradi Celsius (sul lato più caldo, cioè quello sempre esposto verso la vicina stella perché è in rotazione sincrona, le temperature oscillano tra i 1000° e i 2700° C).  «A questa distanza ravvicinata dalla stella», dice Rocchetto a Media INAF, a causa dell’intensa radiazione stellare ci si aspetterebbe che il pianeta perda gran parte della sua atmosfera tramite processi di fuga. Ciononostante, sembra che 55 Cancri e sia riuscito a mantenere la maggior parte della sua atmosfera primordiale, ma non è ancora chiaro come questo sia potuto succedere».

La stella 55 Cancri è molto luminosa, così il team di ricerca è stato in grado di utilizzare le nuove tecniche di analisi per estrarre informazioni sul suo pianeta. Oltre a idrogeno ed elio, gli esperti hanno anche trovato tracce di acido cianidrico, tipico delle atmosfere ricche di carbonio, che però «è estremamente velenoso. 55 Cancri e non è quindi un pianeta sul quale vivrei!», osserva Jonathan Tennyson, di UCL. «Una tale quantità di acido cianidrico indicherebbe un ambiente con un elevato rapporto di carbonio/ossigeno», aggiunge Olivia Venot, della Katholieke Universiteit Leuven in Belgio, che ha sviluppato un modello della chimica atmosferica di 55 Cancri.

Un close-up del pianeta 55 Cancri e. Crediti: ESA/Hubble, M. Kornmesser

Un close-up del pianeta 55 Cancri e. Crediti: ESA/Hubble, M. Kornmesser

La scoperta è stata effettuata, ancora una volta, utilizzando i datti raccolti dal telescopio NASA/ESA Hubble e dalla sua Wide Field Camera 3 (WFC3), che ha osservato velocemente la stella creando una serie di spettri. Grazie alla combinazione di queste osservazioni, analizzate poi da un particolare software, i ricercatori sono stati in grado di recuperare i dati spettrali di 55 Cancri e “imprigionati” nella luce della sua stella. «Questo risultato ci permette per la prima volta di capire di cos’è fatta l’atmosfera di una super-Terra. Ma dovremo attendere i nuovi telescopi spaziali nell’infrarosso, nella prossima decade, per saperne di più», spiega Giovanna Tinetti di UCL.

A Rocchetto abbiamo chiesto perché si tratta di un risultato così importante. «Innanzitutto, questa scoperta rappresenta la prima rilevazione di gas in un’atmosfera di un pianeta roccioso poco più grande della Terra. La “Wide Field Camera 3” (WFC3) installata a bordo del telescopio spaziale Hubble è già stata usata nel passato per studiare le atmosfere di due altre super-Terre, ma senza risultati conclusivi. Le super-Terre sono una classe di pianeti assenti dal nostro Sistema solare, ma rappresentano la tipologia più comune nella nostra galassia. Il loro studio può quindi fornirci importanti informazioni su come i pianeti e i sistemi solari si formano ed evolvono». Rocchetto ha aggiunto: «La seconda ragione è che non ci si aspettava che gas leggeri come idrogeno ed elio potessero dominare l’atmosfera di questo pianeta. La presenza di questi gas indica infatti che l’atmosfera di 55 Cancri e è primordiale, ossia composta dai gas provenienti dalla nube di gas dalla quale il pianeta si è formato. Poiché i meccanismi attraverso i quali 55 Cancri e abbia mantenuto una considerevole frazione di atmosfera primordiale sono a oggi poco compresi, questa scoperta ha il potenziale di stimolare numerosi nuovi studi».

E ora cosa cambia? «55 Cancri e nel passato era stato soprannominato il “pianeta diamante“, poiché modelli basati sulla sua massa e raggio hanno portato alcuni astronomi a congetturare che la sua composizione interna fosse ricca di carbonio», dice il ricercatore italiano. «Tuttavia, successive osservazioni avevano smentito tali affermazioni. Oggi ci troviamo di fronte a un pianeta ancora più esotico di quanto si potesse immaginare. Innanzitutto, queste osservazioni ci indicano che l’atmosfera di 55 Cancri e, a differenza dell’atmosfera terrestre, non si è evoluta significativamente dalla sua formazione. Ciò fa si che il poco ossigeno presente nell’atmosfera si combini con l’idrogeno per formare acqua. Inoltre, la nostra analisi ci indica che l’atmosfera di 55 Cancri e potrebbe avere un alto quantitativo di carbonio. Questo quindi significherebbe l’assenza di acqua, e la presenza di specie come l’acido cianidrico e l’acetilene».

E aggiunge: «È necessario comprendere e studiare questa classe di pianeti in dettaglio, ma al momento c’è solo un limitato numero di super-Terre che possono essere osservate con il telescopio Hubble per studiare le loro atmosfere. Missioni future come NASA/TESS e ESA/PLATO scopriranno migliaia di super Terre, e la loro caratterizzazione ci permetterà di comprendere meglio come si sono formati e come si sono evoluti. Il James Webb Space Telescope, successore dell’Hubble, consentirà di osservare queste atmosfere in maggiore dettaglio, in un regime di lunghezza d’onda maggiore. La nostra analisi ci suggerisce che questo pianeta continuerà a sorprenderci quando telescopi della prossima generazione come JWST, o missioni dedicate come ARIEL, osserveranno nuovamente la sua atmosfera».

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