ESERCIZI DI CLIMATOLOGIA SUI 7 MONDI DI TRAPPIST-1

Acqua e clima temperato su Trappist-1e

Una ricerca pubblicata su ApJ fornisce modelli climatici aggiornati per i sette pianeti orbitanti attorno alla stella Trappist-1, confermando che Trappist-1e è quello che più probabilmente potrebbe ospitare acqua liquida su una superficie temperata. Il lavoro presentato aiuterà gli astronomi a studiare in modo più efficiente i pianeti attorno a stelle diverse dal nostro Sole e a usare al meglio le limitate e costose risorse di Jwst

La piccola e fredda stella nana M Trappist-1 e i suoi sette mondi. Una nuova ricerca dell’Università di Washington ipotizza i possibili climi di questi mondi e come potrebbero essersi evoluti. Crediti: Nasa

Non tutte le stelle sono come il nostro Sole, quindi non possiamo di certo aspettarci che i relativi sistemi planetari assomiglino al nostro. Una nuova ricerca condotta da un team di astronomi guidato dall’Università di Washington (Uw) fornisce modelli climatici aggiornati per i sette pianeti attorno alla stella Trappist-1. Lo studio potrebbe inoltre aiutare gli astronomi a studiare in modo più efficiente i pianeti attorno a stelle diverse dal nostro Sole, e a usare meglio le limitate e costose risorse del James Webb Space Telescope, che dovrebbe essere lanciato nel 2021.

«Stiamo modellando atmosfere sconosciute, senza assumere che ciò che vediamo nel nostro Sistema solare assomigli a quello che troviamo attorno ad un’altra stella», dice Andrew Lincowski, studente di dottorato dell’Uw e primo autore dell’articolo recentemente pubblicato su  Astrophysical Journal. «Abbiamo condotto questa ricerca per mostrare come potrebbero essere questi diversi tipi di atmosfere».

Il gruppo di ricerca  ha scoperto che, a causa di una fase stellare iniziale estremamente calda e brillante, tutti e sette i mondi di Trappist-1 potrebbero essersi evoluti come Venere, con oceani primordiali che potrebbero essere evaporati, lasciando atmosfere dense e inabitabili. Tuttavia, un pianeta dei sette, Trappist-1e, potrebbe ancora possedere oceani simili a quelli terrestri e merita sicuramente ulteriori studi, come era peraltro già stato indicato da precedenti ricerche.

Trappist-1, nella costellazione dell’Acquario, a 39 anni luce di distanza da noi (pari a circa 370mila miliardi di chilometri), prende il nome dal Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope, la struttura che per la prima volta ha trovato tracce di pianeti attorno alla stella, nel 2015. Si tratta di una stella la cui dimensione è la più piccola possibile, compatibilmente con il fatto di essere una stella: è una nana rossa (o di classe di M) ultrafredda – il tipo più comune nell’universo – e ha circa il 9 per cento della massa del Sole e un raggio di circa il 12 per cento di quello solare. Il raggio di Trappist-1 è leggermente più grande del pianeta Giove, sebbene la sua massa sia molto più grande.

Tutti e sette i pianeti di Trappist-1 hanno una dimensione molto simile a quella della Terra e tre di essi – i pianeti “e”, “f” e “g” – si ritiene siano nella sua zona abitabile, quella striscia di spazio attorno a una stella dove un pianeta roccioso potrebbe avere acqua liquida sulla sua superficie, non escludendo quindi la possibilità che sul pianeta possa esserci vita. Trappist-1d si trova a cavallo del bordo interno della zona abitabile mentre più lontano, Trappist-1h, orbita appena oltre il bordo esterno della zona abitabile.

«Questa sequenza di pianeti può darci un’idea dell’evoluzione dei pianeti stessi e, in particolare, di come tale evoluzione avvenga attorno a una stella molto diversa dalla nostra, caratterizzata da una emissione differente», spiega Lincowski. «Rappresenta una miniera d’oro di informazioni».

«Sono già stati pubblicati diversi lavori che hanno presentato modelli dei mondi di Trappist-1», continua l’astronomo, ma in questo studio i ricercatori «hanno cercato di fare un modello fisico che fosse il più rigoroso possibile sia in termini di radiazione che di chimica, al fine di ottenere la fisica e la chimica dei pianeti il più correttamente possibile».

Rappresentazione artistica di Trappist-1e. Crediti. Wikimedia Commons

I modelli di radiazione e di chimica del gruppo di ricerca hanno prodotto le firme spettrali (le lunghezze d’onda delle righe dello spettro) per ogni possibile gas atmosferico presente, consentendo di prevedere dove cercare tali gas nelle atmosfere dei pianeti extrasolari. Lincowski ha sottolinea che, quando verranno rilevate le tracce di gas dal telescopio Webb (o da altri), «gli astronomi useranno le caratteristiche degli spettri per inferire quali gas sono presenti e, confrontandoli con modelli come il nostro, saranno in grado di stabilire quella che potrebbe essere la composizione del pianeta, dell’ambiente e forse anche la sua storia evolutiva».

Quando si pensa a pianeti extrasolari e alla possibile abitabilità di tali pianeti, spesso le persone assumono che la stella attorno alla quale i pianeti ruotano sia simile al Sole, ma in realtà non è così. «Le stelle nane M sono molto diverse dal Sole, quindi è necessario pensare agli effetti chimici sull’atmosfera e a come la chimica influisca il clima del pianeta».

Combinando modelli del clima terrestre con modelli di fotochimica, i ricercatori hanno simulato stati ambientali per ciascuno dei mondi di Trappist-1, trovando che:

  • Trappist-1b, il più vicino alla stella, è un mondo ardente, talmente caldo che nemmeno le nubi di acido solforico, come quelle presenti su Venere, si riescono a formare;
  • i pianeti “c” e “d” ricevono dalla loro stella poca energia in più rispetto a quanta ne ricevono Venere e la Terra dal Sole e potrebbero essere simili a Venere, con un’atmosfera densa e inabitabile;
  • Trappist-1e, dei sette pianeti è quello che più probabilmente potrebbe ospitare acqua liquida su una superficie temperata, e rappresenta una scelta eccellente per ulteriori studi di abitabilità planetaria;
  • i pianeti esterni “f”, “g” e “h” potrebbero essere simili a Venere oppure potrebbero essere congelati, a seconda di quanta acqua si sia formata sul pianeta durante la sua evoluzione.

Secondo Lincowski, in realtà qualcuno dei pianeti di Trappist-1  (o anche tutti) potrebbe essere simile a Venere, dove l’acqua presente un tempo è evaporata. Quando l’acqua evapora dalla superficie di un pianeta, la luce ultravioletta proveniente dalla stella rompe le molecole d’acqua, rilasciando idrogeno – che è l’elemento più leggero, e come tale può sfuggire alla gravità del pianeta – e ossigeno, che potrebbe rimanere nell’atmosfera e rimuovere irreversibilmente l’acqua dal pianeta stesso. Un simile pianeta potrebbe avere una spessa atmosfera di ossigeno, ma non l’ossigeno generato dalla vita, bensì un qualcosa di diverso da quello osservato finora.

«Potrebbe essere una possibilità nel caso in cui questi pianeti inizialmente avessero più acqua di quanta ne aveva la Terra, Venere o Marte», continua Lincowski. «Se il pianeta  Trappist-1e non ha perso tutta la sua acqua durante questa fase, oggi potrebbe essere un mondo acquatico, completamente coperto da un oceano globale. In questo caso, potrebbe avere un clima simile alla Terra».

Lincowski osserva come questa ricerca sia stata fatta più con un occhio all’evoluzione del clima dei pianeti che alla determinazione della loro potenziale abitabilità. Le future ricerche che il gruppo effettuerà si concentreranno più direttamente sulla modellizzazione dei pianeti acquatici e le loro possibilità di vita.

«Prima di conoscere questo sistema planetario, le stime per la rilevabilità di atmosfere in pianeti di dimensioni terrestri sembravano molto più difficili», ricorda il coautore Jacob Lustig-Yaeger. «Essendo la stella così piccola, le firme dei gas presenti nelle atmosfere del pianeta (come l’anidride carbonica) saranno più pronunciate. Il nostro lavoro informa la comunità scientifica di ciò che potremmo aspettarci di vedere per i pianeti di Trappist-1 con l’imminente James Webb Space Telescope».

«I processi che modellano l’evoluzione di un pianeta terrestre sono fondamentali per stabilire se sia o meno abitabile, così come la nostra capacità di interpretare i possibili segni di vita», conclude Victoria Meadows, coautrice del lavoro, direttrice del programma di astrobiologia della Uw e responsabile del Virtual Planetary Laboratory del Nasa Astrobiology Institute, con sede presso l’Università di Washington. «Questo lavoro suggerisce che presto saremo in grado di cercare segni potenzialmente rilevabili di questi processi su mondi alieni».

Per saperne di più: