LO STUDIO È PUBBLICATO SU NATURE ASTRONOMY

I due mondi acquatici di Kepler-138

Un team guidato dagli astronomi dell'UdeM ha trovato prove che due esopianeti in orbita attorno a Kepler-138, una nana rossa a 218 anni luce di distanza, sono presumibilmente "mondi acquatici", ossia pianeti in cui l'acqua costituisce una grande frazione del volume. Questi mondi sono diversi dai pianeti del Sistema solare ma potrebbero ricordare alcune delle lune ghiacciate nel Sistema solare esterno

     16/12/2022
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Sezione trasversale della Terra (a sinistra) e dell’esopianeta Kepler-138d (a destra). Come la Terra, questo esopianeta ha un interno composto da metalli e rocce (porzione marrone), ma anche Kepler-138d ha uno spesso strato di acqua ad alta pressione in varie forme: acqua supercritica e potenzialmente liquida nelle profondità del pianeta e un esteso involucro di vapore acqueo (sfumature di blu) sopra di esso. Questi strati d’acqua costituiscono più del 50 per cento del suo volume, o una profondità di circa 2000 chilometri. La Terra, in confronto, ha una frazione trascurabile di acqua liquida con una profondità media dell’oceano a 4 chilometri. Crediti: Benoit Gougeon, Université de Montréal

Un team guidato dagli astronomi della Université de Montréal (UdeM) ha trovato prove che due esopianeti in orbita attorno a una nana rossa sono “mondi acquatici”, ossia pianeti in cui l’acqua costituisce una grande frazione del volume. Questi mondi, in un sistema planetario a 218 anni luce di distanza nella costellazione della Lira, sono diversi da tutti i pianeti trovati nel Sistema solare.

Il team, guidato dalla dottoranda Carolina Piaulet dell’Istituto Trottier per la ricerca sugli esopianeti (iREx) presso l’Université de Montréal, ha pubblicato ieri su Nature Astronomy uno studio dettagliato del sistema planetario in questione, noto come Kepler-138.

Piaulet, del team di ricerca di Bjorn Benneke, ha osservato gli esopianeti Kepler-138c e Kepler-138d con i telescopi spaziali Hubble e Spitzer della Nasa e ha scoperto che i pianeti, le cui dimensioni sono circa una volta e mezzo le dimensioni della Terra, potrebbero essere composti in gran parte da acqua. Questi pianeti e un compagno planetario più vicino alla stella, Kepler-138b, erano stati scoperti dal Kepler Space Telescope della Nasa.

L’acqua non è stata rilevata direttamente, ma confrontando le dimensioni e le masse dei pianeti con i modelli, i ricercatori hanno concluso che una frazione significativa del loro volume, fino alla metà, dovrebbe essere costituita da materiali più leggeri della roccia ma più pesanti dell’idrogeno o dell’elio (che costituiscono la maggior parte dei pianeti giganti gassosi come Giove). Il più comune di questi materiali candidati è l’acqua.

«In precedenza pensavamo che i pianeti un po’ più grandi della Terra fossero grandi sfere di metallo e roccia, come versioni ingrandite della Terra, ed è per questo che li abbiamo chiamati super-Terre», spiega Benneke. «Tuttavia, ora abbiamo dimostrato che questi due pianeti, Kepler-138 “c” e “d”, sono di natura abbastanza diversa: una grande frazione del loro volume è probabilmente composta di acqua. È la prima volta che osserviamo pianeti che possono essere identificati con sicurezza come pianeti ricoperti di acqua».

Con volumi più di tre volte quelli della Terra e masse due volte più grandi, i pianeti “c” e “d” hanno densità molto più basse della Terra. Questo è sorprendente perché la maggior parte dei pianeti poco più grandi della Terra che sono stati studiati in dettaglio finora sembravano tutti mondi rocciosi come il nostro. Il confronto più vicino ai due pianeti, affermano i ricercatori, sarebbero alcune delle lune ghiacciate nel Sistema solare esterno, anch’esse in gran parte composte da acqua che circonda un nucleo roccioso. «Immaginate versioni più grandi di Europa o Encelado, le lune ricche d’acqua che orbitano intorno a Giove e Saturno, ma portate molto più vicine alla loro stella», dice Piaulet. «Invece di una superficie ghiacciata, Kepler-138 “c” e “d” ospiterebbero grandi gusci di vapore acqueo».

I ricercatori avvertono che i pianeti potrebbero non avere oceani come quelli sulla Terra direttamente sulla loro superficie. «La temperatura nelle atmosfere di Kepler-138c e Kepler-138d è probabilmente superiore al punto di ebollizione dell’acqua, e ci aspettiamo un’atmosfera densa e fatta di vapore. Solo sotto quell’atmosfera di vapore potrebbe potenzialmente esserci acqua liquida ad alta pressione, o anche acqua in un’altra fase che si verifica ad alte pressioni, chiamata fluido supercritico.

Mentre le precedenti osservazioni del telescopio spaziale Kepler della Nasa mostravano solo i transiti di tre piccoli pianeti attorno a Kepler-138, Piaulet e il suo team hanno scoperto che le osservazioni di Hubble e Spitzer suggerivano la presenza di un quarto pianeta nel sistema, Kepler-138e.

Questo pianeta appena scoperto è piccolo e più lontano dalla sua stella rispetto agli altri tre, e impiega 38 giorni per completare un’orbita. Il pianeta si trova nella zona abitabile della sua stella, una regione temperata dove un pianeta riceve la giusta quantità di calore per essere né troppo caldo né troppo freddo e consentire la presenza di acqua liquida. La natura di questo nuovo pianeta, tuttavia, rimane una questione aperta perché non lo si è visto transitare davanti alla sua stella. Osservare il transito dell’esopianeta avrebbe permesso agli astronomi di determinarne le dimensioni.

Con Kepler-138e ora nel quadro, le masse dei pianeti precedentemente noti sono state nuovamente misurate tramite il metodo di variazione del tempo di transito, che consiste nel tracciare piccole variazioni nei momenti dei transiti dei pianeti davanti alla loro stella causate dall’attrazione gravitazionale degli altri pianeti vicini. Così facendo, i ricercatori hanno avuto un’altra sorpresa: hanno scoperto che i due mondi acquatici Kepler-138 “c” e “d” sono pianeti gemelli, con praticamente le stesse dimensioni e massa, mentre in precedenza si pensava fossero drasticamente diversi. Il pianeta più vicino, Kepler-138b, d’altra parte, è confermato essere un piccolo pianeta di massa marziana, uno dei più piccoli esopianeti conosciuti fino ad oggi.

«Man mano che i nostri strumenti e le nostre tecniche diventano abbastanza sensibili da trovare e studiare pianeti che sono più lontani dalle loro stelle, potremmo iniziare a trovare molti più mondi acquatici come Kepler-138 “c” e “d”», conclude Benneke.

Recentemente, un altro team dell’Università di Montreal ha trovato un altro pianeta, chiamato Toi-1452b, che potrebbe potenzialmente essere coperto da un oceano di acqua liquida, ma sarà necessario il James Webb Space Telescope della Nasa per studiarne l’atmosfera e confermare la presenza dell’oceano.

Per saperne di più:

  • Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Evidence for the volatile-rich composition of a 1.5-Earth-radius planet” di Caroline Piaulet, Björn Benneke, Jose M. Almenara, Diana Dragomir, Heather A. Knutson, Daniel Thorngren, Merrin S. Peterson, Ian J. M. Crossfield, Eliza M.-R. Kempton, Daria Kubyshkina, Andrew W. Howard, Ruth Angus, Howard Isaacson, Lauren M. Weiss, Charles A. Beichman, Jonathan J. Fortney, Luca Fossati, Helmut Lammer, P. R. McCullough, Caroline V. Morley & Ian Wong