Il James Webb Space Telescope ha osservato una super-Terra rocciosa a 154 anni luce dalla Terra, abbastanza calda da avere magma in superficie ma insolitamente “fredda” rispetto agli altri mondi di lava conosciuti. La spiegazione più probabile è la presenza di un’atmosfera capace di redistribuire il calore
Un pianeta roccioso arroventato, con una superficie probabilmente in parte fusa, ma allo stesso tempo più freddo di quanto dovrebbe essere. È il paradosso di HD 3167 b, una super-Terra situata a circa 154 anni luce da noi, nella costellazione dei Pesci, che un nuovo studio condotto dall’Università di Chicago indica come il “mondo di lava” più freddo finora osservato con forti indizi della presenza di un’atmosfera.
La ricerca, guidata da Brandon Park Coy e pubblicata su The Astrophysical Journal Letters, si basa su osservazioni effettuate con il James Webb Space Telescope, missione congiunta di NASA, ESA e Canadian Space Agency. Il risultato è particolarmente interessante perché HD 3167 b orbita estremamente vicino alla propria stella e, in teoria, dovrebbe avere grandi difficoltà a conservare un involucro gassoso.
Un anno dura meno di un giorno terrestre
HD 3167 b non è una nuova scoperta in senso stretto: il pianeta era stato individuato già nel 2016 con il metodo del transito. La novità riguarda invece le sue caratteristiche atmosferiche.
Secondo il catalogo NASA degli esopianeti, HD 3167 b ha un raggio di circa 1,6 volte quello terrestre e una massa prossima a cinque masse terrestri. Orbita ad appena circa 0,018 unità astronomiche dalla sua stella, una nana di tipo K, e completa una rivoluzione in circa 0,96 giorni terrestri.
In pratica, un “anno” su HD 3167 b dura meno di 24 ore.
La fortissima vicinanza alla stella fa sì che il pianeta riceva una quantità enorme di energia. Come accade probabilmente a molti pianeti con periodi orbitali così brevi, gli astronomi ritengono plausibile una rotazione sincrona: una faccia del pianeta.
Il termine “lava world” viene utilizzato per indicare pianeti rocciosi così caldi che almeno una parte della superficie potrebbe trovarsi allo stato fuso.
Sul lato permanentemente illuminato di HD 3167 b le temperature dovrebbero essere abbastanza elevate da permettere la formazione di un vero e proprio oceano di magma o di vaste regioni di roccia fusa. Tuttavia, le osservazioni del Webb hanno mostrato qualcosa che gli astronomi non si aspettavano: il lato diurno risulta più freddo rispetto alla temperatura massima prevista per un pianeta privo di atmosfera.
Ed è proprio questa differenza ad aver fornito il principale indizio della presenza di gas attorno al pianeta.
Gli astronomi hanno utilizzato una tecnica chiamata eclissi secondaria.
Quando HD 3167 b passa dietro la propria stella rispetto al punto di osservazione del telescopio, la sua radiazione infrarossa scompare temporaneamente. Misurando la piccola diminuzione nella quantità totale di luce ricevuta, gli scienziati riescono a stabilire quanta radiazione termica provenga dal pianeta e quindi a stimarne la temperatura.
Se HD 3167 b fosse una semplice sfera rocciosa senza atmosfera, il lato rivolto verso la stella dovrebbe raggiungere temperature vicine al massimo teorico consentito dalla quantità di energia ricevuta.
Il Webb ha invece misurato un lato diurno sensibilmente più fresco. Secondo i ricercatori, la spiegazione più convincente è che un’atmosfera trasferisca parte dell’energia dalla faccia illuminata verso quella notturna, riducendo la temperatura osservata. Un ulteriore contributo potrebbe arrivare da nubi capaci di riflettere parte della radiazione stellare nello spazio.
Più un pianeta roccioso orbita vicino alla propria stella, più viene investito dal vento stellare e dalla radiazione ad alta energia, fenomeni che nel tempo possono erodere l’atmosfera e disperderla nello spazio.
«La cosa sorprendente», ha spiegato il planetologo dell’Università di Chicago Edwin Kite, coautore dello studio, è che proprio questi pianeti estremamente vicini alle proprie stelle sembrano in alcuni casi riuscire a mantenere un’atmosfera.
HD 3167 b diventa così un tassello importante per capire dove si trovi la soglia tra pianeti rocciosi capaci di trattenere gas e mondi completamente spogliati dalle loro stelle.
Lo studio fornisce evidenze indirette della presenza di un’atmosfera, ma non permette ancora di determinarne con certezza la composizione.
Gli scienziati vogliono capire se possa essere formata da gas liberati direttamente dalle rocce fuse, da componenti volatili conservati dal pianeta oppure da una combinazione dei due processi.
Uno degli obiettivi delle osservazioni future sarà proprio distinguere queste possibilità.
I ricercatori stanno inoltre analizzando dati del telescopio spaziale TESS, che osserva soprattutto nella luce visibile. Misurare quanta luce HD 3167 b riflette potrebbe aiutare a capire se nell’atmosfera esistano nubi e fornire nuovi indizi sulla sua struttura.
HD 3167 b non è considerato un candidato per la vita. Le temperature superficiali sono troppo elevate e l’ambiente è estremamente diverso da quello della Terra attuale.
Il suo interesse scientifico riguarda invece quello che potrebbe raccontare sul nostro pianeta oltre quattro miliardi e mezzo di anni fa.
Nelle prime fasi della formazione del Sistema solare, infatti, la Terra fu sottoposta a collisioni continue con planetesimi e altri corpi. L’energia liberata dagli impatti portò probabilmente alla formazione di un oceano globale di magma, con gran parte della superficie terrestre allo stato liquido.
Secondo il gruppo dell’Università di Chicago, mondi come HD 3167 b possono quindi funzionare come una sorta di laboratorio naturale per studiare condizioni simili a quelle esistite durante i primi milioni di anni della storia terrestre.
La scoperta si inserisce in una delle domande centrali dell’astronomia contemporanea: quanto è comune che un pianeta roccioso possieda un’atmosfera?
Sono ormai più di 6.300 gli esopianeti catalogati, ma soltanto una parte è costituita da mondi rocciosi e ancora meno sono quelli per i quali esistono evidenze convincenti di un’atmosfera.
Capire perché alcuni riescano a conservarla mentre altri la perdano è fondamentale anche nella ricerca di mondi potenzialmente abitabili.
Per questo HD 3167 b, nonostante sia troppo caldo per ospitare la vita come la conosciamo, potrebbe rivelarsi particolarmente utile: rappresenta un caso intermedio, meno estremo rispetto agli altri pianeti lavici con atmosfera studiati fino ad oggi.
Il programma di osservazione del quale HD 3167 b fa parte comprende dieci pianeti. Questo è soltanto il primo risultato pubblicato dal gruppo, che intende utilizzare il James Webb per stabilire quanto siano diffuse le atmosfere sui pianeti rocciosi molto vicini alle loro stelle.
Il passo successivo sarà comprendere non soltanto se queste atmosfere esistano, ma anche da cosa siano composte, come si formino e quanto riescano a sopravvivere sotto il bombardamento delle stelle.
HD 3167 b rappresenta così molto più di un pianeta ricoperto di lava. È una finestra aperta sui processi che trasformano giovani mondi incandescenti in pianeti rocciosi e, forse, sulle condizioni che miliardi di anni fa hanno accompagnato anche la nascita della Terra.
