DA SUB-NETTUNIANO GASSOSO A TERRESTRE ROCCIOSO IL PASSO PUÒ ESSERE BREVE

L’atmosfera ritrovata di Gj 1132b

La storia di Gj 1132b, il pianeta con una vita passata radicalmente diversa dalla presente. Comincia come sub-nettuniano gassoso, ma la sua identità viene spazzata via dalla potente radiazione emessa dalla sua giovane stella, che lo priva della sua atmosfera. Non rimane che un nucleo planetario, roccioso e inizialmente fuso, ma che si raffredda nel tempo riuscendo anche a costruire una nuova atmosfera, destinata questa volta a rimanere. Lo ha osservato il telescopio spaziale Hubble. Lo studio è pubblicato su The Astronomical Journal

     12/03/2021
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Questo racconto cosmico narra delle metamorfosi di un giovane pianeta per mano dell’impeto e della prepotenza della sua stella. Lei, giovane e calda fonte di intensa radiazione, lo ha privato della sua prima atmosfera e, con essa, della sua prima identità. Quel che è successo dopo lo ha osservato il telescopio spaziale Hubble: Gj 1132b – questo il nome del pianeta – è oggi profondamente diverso e – lo dice uno studio in uscita su The Astronomical Journal – non ci sono dubbi: è vestito di una seconda atmosfera, per certi versi diversa dalla prima e destinata – questa volta – probabilmente a rimanere. Una storia a lieto fine, si direbbe. Vediamo di ricostruirla e raccontarla qui con ordine.

Rappresentazione artistica di Gj 1132b, il pianeta roccioso circondato da una seconda atmosfera, che nasconde un passato da sub-nettuniano. Crediti: Nasa, Esa, and R. Hurt (Ipac/Caltech)

La vita di Gj 1132b – situato a 41 anni luce di distanza da noi – era cominciata come quella di un sub-nettuniano, un mondo prevalentemente gassoso avvolto da una spessa atmosfera di idrogeno. Privato di quasi tutto il suo gas a causa della fotoevaporazione indotta dalla allora giovanissima stella attorno alla quale orbita – che, nelle sue prime fasi di vita, emetteva radiazione energetica e intensa nel circondario – il pianeta si è ben presto trovato nudo: un nucleo roccioso con dimensioni simili a quelle della Terra.

È qui che comincia la sua seconda vita. Gj 1132b infatti, come dicevamo, è rinato nelle vesti di pianeta roccioso e ha formato una nuova atmosfera. Una vera sorpresa questa, soprattutto per gli scienziati, che hanno sempre creduto che corpi come questo – o meglio, come quel sub-nettuniano spogliato della sua atmosfera – rimanessero dei noiosi, nudi, nuclei planetari senza più nulla da dare.

Combinando le osservazioni dello Hubble Space Telescope con predizioni teoriche derivate da modelli e simulazioni, gli autori dello studio hanno potuto ricostruire anche la composizione della seconda atmosfera di Gj 1132b: idrogeno molecolare, acido cianidrico, metano e infine una foschia di aerosol – composta principalmente, secondo i modelli, da idrocarburi prodotti fotochimicamente, analoghi in qualche modo allo smog sulla Terra. L’idrogeno atmosferico, invece, proviene dall’atmosfera originale: era stato assorbito nel mantello di magma fuso del pianeta e viene ora lentamente rilasciato attraverso processi vulcanici, contribuendo a formare la nuova atmosfera. Si tratta di un rifornimento essenziale, che va a bilanciare l’idrogeno perso continuamente e irrimediabilmente nello spazio.

La seconda occasione di vita di Gj 1132b apre immediatamente la questione sull’unicità del caso. Questa faccenda, o meglio il modo in cui è cominciata, non è nulla di eccezionale e non chiama in causa condizioni o fenomeni fisici particolari: si tratta di un comune processo a cui un pianeta all’inizio della sua vita, quando la stella è più calda, può andare incontro. Volendo dare un tempo scala, la fotoevaporazione della prima atmosfera può avvenire nei primi 100 milioni di anni, poi la stella si raffredda e il sistema si stabilizza. Più tardi, se ci sono le condizioni per rigenerare l’atmosfera – pensano gli autori – forse il pianeta la potrà mantenere.

Da sub-nettuniano a terrestre, dunque. A questo punto vi starete chiedendo se c’è di più, se questo pianeta possa davvero riportare somiglianze significative con il nostro. Ebbene, i due hanno densità simili, dimensioni simili ed età simili – entrambi sono datati circa 4.5 miliardi di anni. Hanno cominciato con un’atmosfera dominata da idrogeno, ed erano inizialmente molto caldi per poi raffreddarsi gradualmente. La pressione atmosferica in superficie, infine, è anch’essa simile.

Di parallelismi con il nostro mondo effettivamente ce ne sono diversi, ma prima di trarre conclusioni passiamo in rassegna anche le sostanziali differenze, che pure non mancano. In primis, le loro storie di formazione: non si ritiene che la Terra sia il nucleo superstite di un sub-nettuniano. Inoltre, essa orbita a una distanza di sicurezza dal Sole – distanza che ne regola il moto, l’irraggiamento, e si è rivelata adeguata alla vita. Gj 1132b, invece, è così vicino alla sua nana rossa da compiere un’intera rivoluzione in appena un giorno e mezzo. Questa estrema vicinanza mantiene il pianeta in rotazione sincrona: come la Luna nei confronti della Terra, esso mostra sempre la stessa faccia alla sua stella.

L’esopianeta roccioso Gj 1132b, simile per dimensioni e densità alla Terra, possiede un’atmosfera vaporosa fatta di gas vulcanici, simile a quella della luna di Saturno Titano, ma molto più caldo di quest’ultima. Crediti: Nasa/Jpl-Caltech/Lizbeth B. De La Torre

Le conseguenze di questo rapporto così stretto fra pianeta e stella non finiscono qui: è molto probabile che sia questo che, attraverso il fenomeno del riscaldamento mareale, mantiene liquido il mantello, permettendo il vulcanismo. Il riscaldamento mareale è una questione di attrito, che si verifica quando l’energia proveniente dall’orbita e dalla rotazione di un pianeta si disperde come calore all’interno del pianeta stesso. L’orbita di Gj 1132b è ellittica, e le forze di marea che agiscono su di esso sono più forti nei punti di apoastro e periastro – e, come conseguenza, il pianeta viene schiacciato e allungato. Per di più, c’è un altro pianeta nello stesso sistema che influisce gravitazionalmente su di esso. Un esempio analogo, nel nostro sistema solare, lo troviamo in una delle lune di Giove, Io, che ha una continua attività vulcanica a causa del tiro alla fune fra Giove e le lune gioviane vicine.

Dato l’interno caldo di Gj 1132b, infine, gli scienziati pensano che la crosta più fredda del pianeta sia estremamente sottile – forse solo poche centinaia di metri di spessore – il che la rende troppo debole per sostenere montagne vulcaniche. Il suo terreno somiglierebbe più a un guscio d’uovo, facile a rompersi a causa della flessione delle maree: proprio attraverso tali crepe verrebbero rilasciati l’idrogeno e gli altri gas atmosferici.

E chiudiamo con uno sguardo al futuro, uno sguardo infrarosso. È questa la lunghezza d’onda adeguata per arrivare a osservare la superficie del pianeta. Contano di farlo, gli autori dello studio, usando il James Webb Telescope. «Se ci sono pozze di magma o vulcanismo in corso, quelle aree saranno più calde», dice Mark Swain, ricercatore al Jet Propulsion Laboratory della Nasa e primo autore dello studio. «Questi fenomeni genereranno più emissioni, e quindi potenzialmente saremo in grado di osservare l’attività geologica – davvero eccitante».

Per saperne di più:

  • Leggi il preprint dell’articolo in uscita su The Astronomical JournalDetection of an Atmosphere on a Rocky Exoplanet”, di Mark R. Swain, Raissa Estrela, Gael M. Roudier, Christophe Sotin, Paul Rimmer, Adriana Valio, Robert West, Kyle Pearson, Noah Huber-Feely e Robert T. Zellem

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