INTERVISTA A ILARIA CARLEO

Pianeta superpuffy nel sogno americano

Grazie al follow-up spettroscopico di una stella di tipo solare osservata con Tess, un gruppo di astronomi guidato da Ilaria Carleo, ricercatrice presso la Wesleyan University in Connecticut, ha scoperto un sistema planetario formato da due sub-nettuniani gassosi con atmosfere estese, o puffy. Uno dei due, in particolare, definito addirittura superpuffy, non è riproducibile dagli attuali modelli di evoluzione atmosferica

     11/09/2020
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Rappresentazione artistica di due piccoli pianeti in orbita attorno alla loro stella ospite. Pianeti come questi tendono a rientrare in due categorie: rocciosi come la Terra o gassosi come Nettuno. Crediti: Nasa / Ames / Jpl-Caltech

Se pensiamo a qualunque aggettivo attribuibile a un pianeta, probabilmente “paffuto” non verrà in mente a quasi nessuno. Eppure è questo l’aggettivo che usa Ilaria Carleo, la prima autrice di uno studio sul sistema planetario Toi-421, situato a meno di 250 anni luce dalla Terra. Definito “super-puffy” – superpaffuto, per l’appunto – nell’articolo pubblicato su The Astrophysical Journal, il pianeta in questione suscita interesse e controversie nella comunità scientifica. A Media Inaf lo spiega direttamente Carleo, che introduce così la sua scelta di spostarsi in Connecticut, presso la Wesleyan University, subito dopo il dottorato di ricerca. «Quasi due anni fa ho deciso di venire negli Stati Uniti perché è stato da sempre il sogno della mia vita. Diventare astronoma, e farlo in America. Non c’è una ragione precisa, chiamiamolo pure “sogno americano”, ma sin dalle elementari nei temi su cosa volevo fare da grande scrivevo queste due cose».

Un sogno singolare, per una bambina di quell’età.

«Penso sia qualcosa di innato, anche se un po’ del merito lo darei a mio padre. Gestiva una palestra a Faiano, il paese di collina in provincia di Salerno nel quale sono cresciuta. In alcune passeggiate dalla palestra a casa approfittava dell’oscurità della collina per mostrarmi le costellazioni, trasmettendomi tutta la sua meraviglia e stupore. Lo stesso approccio con cui guardava i documentari di astronomia a casa, incuriosendomi e affascinandomi».

Parliamo quindi di questo sistema Toi-421: due pianeti gassosi in orbita attorno a una stella simile al Sole. Cosa c’è di curioso?

«Si tratta di due sub-nettuniani, come si definiscono in gergo. Entrambi hanno delle atmosfere estese – questa la ragione per cui li chiamiamo puffy – ma solo uno di questi, il pianeta b, è superpuffy. Abbiamo fatto delle simulazioni su entrambi i pianeti, ma dal momento che il pianeta b ha la metà della massa di Nettuno e la stessa densità, deduciamo che esso debba avere un’atmosfera ancora più estesa, composta da aerosol e nubi opache a elevata altitudine».

Come mai?

«Abbiamo fatto delle simulazioni sull’evoluzione atmosferica dei due pianeti, b e c, e abbiamo visto che mentre per il pianeta c la massa e il raggio misurati corrispondono a quelli simulati, per il pianeta b c’è una discrepanza. Secondo le simulazioni infatti il pianeta dovrebbe aver perso tutta la sua atmosfera, indipendentemente dall’evoluzione della luminosità stellare ad alta energia – parametro chiave per determinare la permanenza o meno dell’atmosfera in un pianeta – in pochi miliardi di anni dopo la formazione. Il risultato delle simulazioni riporta una massa maggiore del valore misurato e un raggio minore. I valori misurati dalle osservazioni spettroscopiche che abbiamo condotto suggeriscono invece che il pianeta abbia un’atmosfera estesa».

Rappresentazione artistica della missione Tess della Nasa che osserva un sistema di esopianeti in transito. Crediti: Mit

Suggeriscono significa che non siete sicuri?

«Abbiamo provato a cambiare i parametri iniziali delle simulazioni, mantenendo fissi ad esempio i valori di massa e raggio misurati. Ma c’è un terzo parametro di cui tenere conto, la distanza orbitale. E nessuna combinazione ottenuta cambiando ripetutamente le condizioni iniziali delle simulazioni fornisce il valore corretto misurato per questi tre parametri. Con la massa e il raggio misurati, la distanza orbitale a cui dovrebbe trovarsi il pianeta è il doppio di quella effettiva. Una soluzione molto plausibile è quindi che il pianeta b sia superpuffy».

In che modo questa caratteristica risolverebbe la discrepanza? 

«Se ci sono degli aerosol ad alta altitudine nell’atmosfera, la presenza di questi può spiegare il raggio misurato. C’è da dire comunque che pochissimi pianeti con queste caratteristiche sono stati osservati finora».

Si può osservare, questa atmosfera estesa?

«Sì, abbiamo fatto delle simulazioni anche circa la sua osservabilità con Hubble e Jwst. Gli aerosol e le nuvole opache ad alta altitudine si possono vedere dagli spettri in trasmissione, poiché la loro presenza appiattisce lo spettro ad alcune lunghezze d’onda, come quelle dell’infrarosso, con il risultato ad esempio che si vedono solo le punte delle righe spettrali».

Come mai sono interessanti pianeti come questo?

«L’obiettivo finale di tutti questi studi è comprendere la formazione ed evoluzione degli esopianeti. Capire come e perché esistano pianeti superpuffy come questo, che non sono attesi dalle teorie di evoluzione, è una parte del puzzle. I sub-nettuniani inoltre sono interessanti perché si ipotizza un regime di transizione che va da questi alle super-terre, e che può avvenire – secondo una delle ipotesi, quella della fotoevaporazione – quando i primi perdono tutta la loro atmosfera. C’è un vero e proprio buco osservativo però tra queste due specie, e la ragione è del tutto ignota. Ci sono davvero molte domande aperte nel campo della formazione ed evoluzione degli esopianeti. C’è una diversità osservativa che va dagli Hot-Jupiters, alle super-terre a pianeti come quello del nostro studio che ha messo in crisi le teorie di formazione ed evoluzione che erano inizialmente basate sul nostro Sistema solare. Ci sono molte nuove teorie, ora, che però spiegano alcuni fenomeni e ne lasciano indietro altri. Non esiste a oggi una formulazione globale che possa spiegare la diversità dei corpi, delle orbite e delle configurazioni osservate».

Crediti: Ilaria Carleo

In questo caso, che tassello aggiungerebbe al puzzle lo studio delle atmosfere puffy?

«La composizione delle atmosfere, e in particolare le specie chimiche presenti, ci danno informazioni sul percorso che ha compiuto il pianeta dalla sua nascita. Se esso rimane nello stesso luogo in cui si è formato la sua composizione atmosferica dipende dall’ambiente in cui si trova. Diversamente, se un pianeta migra in seguito alla sua formazione, esso raccoglie certamente materiale durante il suo viaggio, materiale che arricchirà la composizione della sua atmosfera».

Interessante. A proposito di viaggi, rimarrai in America?

«Le mie aspettative circa l’America sono state soddisfatte quasi appieno, certo una buona pizza qui non si trova, ma in questo momento mi sento al top del mio sogno. Mi sento soddisfatta e contenta. Nonostante gli Stati Uniti offrano molte opportunità e vorrei che il mio sogno americano durasse ancora un po’, non nego che mi piacerebbe tornare in patria per la bellezza del nostro paese, per i miei affetti, per il cibo. Spero che un giorno ci sia un posto in Italia anche per me».

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astronomical Journal l’articolo “The Multiplanet System TOI-421” di Ilaria Carleo, Davide Gandolfi, Oscar Barragán, John H. Livingston, Carina M. Persson, Kristine W. F. Lam, Aline Vidotto, Michael B. Lund, Carolina Villarreal D’Angelo, Karen A. Collins, Luca Fossati, Andrew W. Howard, Daria Kubyshkina, Rafael Brahm, Antonija Oklopčić, Paul Mollière, Seth Redfield, Luisa Maria Serrano, Fei Dai, Malcolm Fridlund, Francesco Borsa, Judith Korth, Massimiliano Esposito, Matías R. Díaz, Louise Dyregaard Nielsen, Coel Hellier, Savita Mathur, Hans J. Deeg, Artie P. Hatzes, Serena Benatti, Florian Rodler, Javier Alarcon, Lorenzo Spina, Ângela R. G. Santos, Iskra Georgieva, Rafael A. García, Lucía González-Cuesta, George R. Ricker, Roland Vanderspek, David W. Latham, Sara Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Simon Albrecht, Natalie M. Batalha, Corey Beard, Patricia T. Boyd, François Bouchy, Jennifer A. Burt, R. Paul Butler, Juan Cabrera, Ashley Chontos, David R. Ciardi, William D. Cochran, Kevin I. Collins, Jeffrey D. Crane, Ian Crossfield, Szilard Csizmadia, Diana Dragomir, Courtney Dressing, Philipp Eigmüller, Michael Endl, Anders Erikson, Nestor Espinoza, Michael Fausnaugh, Fabo Feng, Erin Flowers, Benjamin Fulton, Erica J. Gonzales, Nolan Grieves, Sascha Grziwa, Eike W. Guenther, Natalia M. Guerrero, Thomas Henning, Diego Hidalgo, Teruyuki Hirano, Maria Hjorth, Daniel Huber, Howard Isaacson, Matias Jones, Andrés Jordán, Petr Kabáth, Stephen R. Kane, Emil Knudstrup, Jack Lubin, Rafael Luque, Ismael Mireles, Norio Narita, David Nespral, Prajwal Niraula, Grzegorz Nowak, Enric Palle, Martin Pätzold, Erik A Petigura, Jorge Prieto-Arranz, Heike Rauer, Paul Robertson, Mark E. Rose, Arpita Roy, Paula Sarkis, Joshua E. Schlieder, Damien Ségransan, Stephen Shectman, Marek Skarka, Alexis M. S. Smith, Jeffrey C. Smith, Keivan Stassun, Johanna Teske, Joseph D. Twicken, Vincent Van Eylen, Sharon Wang, Lauren M. Weiss, and Aurélien Wyttenbach