DALL’ANALISI DEI DATI DEL TELESCOPIO SPAZIALE HUBBLE E DEL W. M. KECK

Come i mini-Nettuni diventano super-Terre

Per la prima volta sono stati identificati due mini-Nettuni che stanno perdendo le loro atmosfere e probabilmente si stanno trasformando in super-Terre: Toi 560.01 e Hd 63433c. Sorprendentemente, il gas atmosferico non si sta allontanando dalle due stelle dei corrispondenti sistemi planetari bensì si sta muovendo velocemente verso le stelle stesse. Tutti i dettagli su The Astronomical Journal

     08/02/2022
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Rappresentazione artistica del mini-Nettuno Toi 560.01. Il pianeta è circa 2.8 volte più grande della Terra e ha un’atmosfera puffy (gonfia), composta principalmente da idrogeno ed elio. Le osservazioni presso il W.M. Keck alle Hawaii hanno rivelato che l’elio sta fuggendo via dal pianeta. Gli scienziati sostengono che il pianeta potrebbe perdere la stragrande maggioranza della sua atmosfera dopo diverse centinaia di milioni di anni, lasciandosi alle spalle un grande pianeta roccioso chiamato super-Terra. Crediti: Adam Makarenko (Keck Observatory)

Da quando i primi esopianeti in orbita attorno a stelle simili al Sole sono stati scoperti a metà degli anni ’90, alla lista se ne sono aggiunti altri migliaia. Molti di questi orbitano vicino alle loro stelle e quelli più piccoli e rocciosi generalmente rientrano in due gruppi: i mini-Nettuni e le super-Terre. Le super-Terre sono grandi circa 1.6 volte la dimensione della Terra (occasionalmente arrivano fino a 1.75), mentre i mini-Nettuni sono versioni più piccole e più dense del pianeta Nettuno e si pensa siano costituiti da grandi nuclei rocciosi circondati da spesse coltri di gas, tra 2 e 4 volte la dimensione della Terra. Pianeti di questo tipo non si trovano nel Sistema solare. In effetti, anche attorno ad altre stelle (diverse dal Sole) sono stati rilevati pochi pianeti con dimensioni comprese tra questi due intervalli.

Ora, per la prima volta, gli astronomi hanno identificato due diversi casi di mini-Nettuni che stanno perdendo le loro atmosfere e probabilmente si stanno trasformando in super-Terre. Le radiazioni delle stelle attorno alle quali orbitano questi pianeti stanno strappando via le loro atmosfere, spingendo il gas caldo a fuoriuscire come vapore da una pentola di acqua bollente. In particolare, i ricercatori hanno utilizzato il telescopio spaziale Hubble per osservare due mini-Nettuni in orbita attorno a Hd 63433, una stella a 73 anni luce di distanza, e l’Osservatorio W.M. Keck alle Hawaii per studiare uno dei due mini-Nettuni nel sistema stellare chiamato Toi 560, a 103 anni luce di distanza.

I loro risultati, pubblicati su The Astronomical Journal, mostrano che il gas atmosferico fuoriesce dal mini-Nettuno più interno del sistema Toi 560 – chiamato Toi 560.01 (noto anche come Hd 73583b) – e dal mini-Nettuno più esterno in Hd 63433, chiamato Hd 63433c. Questo sembrerebbe confermare ciò che da tempo gli astronomi ipotizzano quale possibile spiegazione del divario tra le due dimensioni, ossia che i mini-Nettuni si possano trasformare in super-Terre.

Si pensa che i mini-Nettuni siano avvolti da atmosfere primordiali fatte di idrogeno ed elio, ciò che resta della formazione della stella centrale che nasce in seguito al collasso di nubi di gas. Secondo gli scienziati, se un mini-Nettuno è abbastanza piccolo e abbastanza vicino alla sua stella, i raggi X e le radiazioni ultraviolette emesse dalla stella possono strappare via la sua atmosfera primordiale in un periodo di centinaia di milioni di anni, lasciando una super-Terra rocciosa con un diametro sostanzialmente più piccolo (che potrebbe, in teoria, conservare ancora un’atmosfera relativamente sottile simile a quella che circonda il pianeta Terra). «Un pianeta di dimensioni intermedie avrebbe abbastanza atmosfera per “gonfiare” il suo raggio, intercettando più radiazioni stellari e portando così a una rapida perdita di massa», spiega Michael Zhang del Caltech, primo autore di entrambi gli studi. «Ma l’atmosfera sarebbe abbastanza sottile da perdersi rapidamente, e questo è il motivo per cui un pianeta simile non rimarrebbe a lungo nel divario».

Lo studio ha anche scoperto, sorprendentemente, che il gas intorno a Toi 560.01 si sta muovendo prevalentemente verso la stella. «Questo è stato inaspettato, poiché la maggior parte dei modelli prevede che il gas dovrebbe defluire lontano dalla stella», ha affermato Heather Knutson del Caltech, coautrice dello studio. «Abbiamo ancora molto da imparare su come funzionano in pratica questi deflussi». Le future osservazioni di altri mini-Nettuni dovrebbero rivelare se Toi 560.01 è un’anomalia o se un simile deflusso atmosferico verso l’interno è comune.

Gli astronomi sono stati in grado di rilevare le atmosfere in fuga osservando i mini-Nettuni transitare davanti alle loro stelle. I pianeti non possono essere visti direttamente ma quando passano davanti alle loro stelle, lungo la nostra linea di vista, i telescopi possono studiare l’assorbimento della luce stellare da parte degli atomi presenti nell’atmosfera dei pianeti stessi. Nel caso del mini-Nettuno Toi 560.01, i ricercatori hanno trovato le firme dell’elio. Per il sistema stellare Hd 63433, il team ha trovato tracce di idrogeno nel pianeta più esterno che hanno studiato, chiamato Hd 63433c, ma non nel pianeta interno, Hd 63433b. «Il pianeta interno potrebbe aver già perso la sua atmosfera», spiega Zhang. «La velocità dei gas fornisce la prova che le atmosfere stanno fuggendo. L’elio osservato intorno a Toi 560.01 si muove alla velocità di 20 chilometri al secondo, mentre l’idrogeno intorno a Hd 63433c si muove alla velocità di 50 chilometri al secondo. La gravità di questi mini-Nettuni non è abbastanza forte da trattenere un gas così veloce. L’estensione dei deflussi attorno ai pianeti indica anche la fuga dell’atmosfera: il bozzolo di gas intorno a Toi 560.01 è almeno 3.5 volte più grande del raggio del pianeta e il bozzolo attorno a Hd 63433c è almeno 12 volte il raggio del pianeta».

In realtà, esistono anche altri scenari che potrebbero spiegare il divario dimensionale tra mini-Nettuni e super-Terre. Ad esempio, i pianeti rocciosi più piccoli potrebbero non aver mai raccolto involucri di gas, e i mini-Nettuni potrebbero essere mondi d’acqua e non mondi avvolti da idrogeno gassoso. Ma queste ultime scoperte rappresentano la prima prova diretta a sostegno della teoria secondo cui i mini-Nettuni si stanno effettivamente trasformando in super-Terre.

Per saperne di più:

Guarda l’animazione della Nasa di Toi 560.01: