Recenti osservazioni compiute con il James Webb Space Telescope (Jwst) hanno messo in discussione il modello chiamato cosmic shoreline, o “linea di costa cosmica”, che indica fino a che distanza dalla propria stella possono trovarsi i pianeti rocciosi senza perdere l’atmosfera. Come una linea di costa sulla Terra indica, per esempio, la riva di un mare o di un lago, la linea di costa cosmica rappresenta il confine tra la zona intorno a una stella in cui ci si aspetta che i pianeti terrestri abbiano un’atmosfera e quella in cui, invece, dovrebbero esserne privi. I nuovi dati hanno però rivelato l’esistenza di esopianeti di lava, mondi con spesse atmosfere di gas volatili, situati nella zona in cui la radiazione stellare dovrebbe portare a un’intensa perdita di gas atmosferico. La scoperta è stata riportata il mese scorso da un gruppo di ricercatori di Stanford in un articolo su The Astrophysical Journal Letters.
Rappresentazione artistica dell’esopianeta di lava 55 Cancri e. Crediti: Nasa/Jpl–Caltech/R. Hurt
Gli autori dello studio hanno elaborato una spiegazione convincente dell’anomalia estendendo il modello già esistente. «I pianeti di lava ci hanno indicato che qualcosa non funzionava nel modello della cosmic shoreline, ma siamo riusciti a spiegare il mantenimento dell’atmosfera suggerendo di considerare un nuovo parametro», dice Barron Nguyen, primo autore dello studio. Basandosi sul funzionamento delle atmosfere planetarie e dell’interno dei pianeti, il team è giunto a concludere che i pianeti in questione sono in grado di mantenere spessi strati di gas nella loro orbita per miliardi di anni proprio grazie alla roccia fusa presente sulle loro superfici. La lava rallenta il rilascio del gas che si trova all’interno del pianeta, processo chiamato outgassing, e così facendo ne bilancia la quantità presente in atmosfera sostituendo quello che viene man mano perduto a causa della radiazione stellare. Il nome che i ricercatori hanno scelto per la nuova zona così individuata, quella in cui si trovano i pianeti di lava analizzati, è cosmic sandbar, analogo dei cumuli di sabbia prodotti dall’azione delle onde ma situati a una certa distanza dalla costa degli oceani terrestri.
I pianeti che si trovano tra la shoreline e la sandbar sono abbastanza vicini alla stella da vedersi portare via l’atmosfera, ma dopo la propria formazione si raffreddano troppo velocemente per essere in grado di rifornire la propria orbita di gas bilanciandone la perdita. Questa terza regione individuata si chiama airless valley, letteralmente “valle senza aria”. «La posizione della linea di costa cosmica è da tempo una grande domanda senza risposta nell’ambito delle scienze planetarie», spiega Laura Schaefer, coautrice dell’articolo e professoressa alla Doerr School of Sustainability. «Il nuovo modello espande la nostra consapevolezza di questo confine e dei fattori che ne influenzano la collocazione per stelle e pianeti specifici».
Questa nuova teoria potrebbe avere importanti risvolti nella ricerca della vita e di pianeti abitabili al di fuori del Sistema solare. A questo scopo, per quanto riguarda i pianeti che orbitano la nostra stessa stella, la strategia è a lungo stata quella di seguire l’acqua, ma per mondi extrasolari è necessario un nuovo approccio. «Gli scienziati hanno iniziato a interessarsi a un modo per scoprire quali pianeti possiedono un’atmosfera e quali no perché quello è il primo passo per studiarne l’abitabilità», afferma Nguyen. Il concetto di cosmic shoreline è emerso nel corso dell’ultimo decennio proprio come promettente metodo per identificare mondi potenzialmente abitabili, ma recentemente è stato messo in discussione a causa della scoperta di pianeti come 55 Cancri e, una super Terra in orbita circa venti volte più vicina alla sua stella di quanto sia Mercurio per il Sole, e attorno alla quale nel 2024 è stata individuata un’atmosfera sorprendentemente spessa. Oltre a questo, nell’ultimo periodo una notevole quantità di nuove osservazioni ha permesso di allungare la lista di pianeti di lava simili a 55 Cancri e, anch’essi provvisti di fitte atmosfere.
Rappresentazione artistica del pianeta Toi-561b appartenente alla sandbar cosmica della sua stella, con l’atmosfera illuminata. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Ralf Crawford (Stsci)
Per spiegare l’esistenza di questi pianeti inaspettati, Nguyen e i suoi colleghi hanno costruito un modello che simula lo scambio di materiale gassoso tra un’atmosfera e una superficie di lava, tenendo in considerazione sia la fuga di gas nello spazio, sia il raffreddamento e la solidificazione della lava. Hanno poi incorporato nello studio i nuovi mondi scoperti, insieme ai pianeti del Sistema solare e ad altri esopianeti già conosciuti come paragone. Ciò che si evince dai risultati è che le atmosfere sono regolate principalmente da due fattori: la fuga di gas nello spazio e il fenomeno dell’outgassing. La cosmic sandbar, quindi, comprende quei pianeti caldi e vicini alle stelle per i quali gli effetti dei due fenomeni sono in equilibrio. Questi sono tipicamente grandi super Terre con superfici ricoperte di lava. La airless valley è popolata dai pianeti che si trovano a distanze leggermente maggiori dalla propria stella e che tendono a raffreddarsi e solidificarsi più velocemente: il gas rimane intrappolato al loro interno e perciò non è in grado di rifornire l’atmosfera in calo. Solo a distanze ancora maggiori dalla stella, sulla cosmic shoreline, si trovano pianeti più piccoli e freddi, come Venere e la Terra, le cui atmosfere non vengono spazzate via dalla radiazione stellare. «Una delle cose più importanti che il nostro studio ci ha fatto capire è che l’idea della shoreline cosmica non è una causa persa», dice Nguyen. «C’è stato del pessimismo a riguardo a causa di questi mondi di lava, ma ora sappiamo che ci sono ulteriori parametri che possono permettere a un pianeta di generare e mantenere un’atmosfera».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “An Evolving Cosmic Shoreline and Sandbar Bounding the Rocky Airless Valley“, di Barron K. Nguyen, Laura K. Schaefer, Xuan Ji, Christopher A. Theissen, Fei Dai, Bo Peng, Yao Tang, Andrea Zorzi, Michelle Hill e Megan Weiner Mansfield