Nel 2016, gli astronomi utilizzando il Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) presso l’Osservatorio di La Silla in Cile hanno rilevato due pianeti rocciosi in orbita attorno alla stella nana rossa, che ha preso il nome TRAPPIST-1. Poi, nel 2017, un’analisi più approfondita ha scoperto altri cinque pianeti rocciosi.
L’importanza di TRAPPIST-1
È stata una scoperta importante, soprattutto perché fino a quattro di essi potevano trovarsi alla giusta distanza dalla stella per avere acqua liquida. Il sistema TRAPPIST-1 è a tutt’oggi costantemente studiato. Gli scienziati hanno mostrato particolare interesse per i potenziali pianeti simili alla Terra nella zona abitabile di una stella.
Trovarne sette in un unico sistema è un’opportunità scientifica unica per esaminare tutti i tipi di domande interconnesse sul potenziale degli esopianeti. TRAPPIST-1 è una nana rossa e una delle domande più importanti sull’abitabilità degli esopianeti riguarda le nane rosse (nane M): queste stelle e i loro potenti brillamenti allontanano le atmosfere dai loro pianeti?
Lo studio
Una nuova ricerca pubblicata sul Planetary Science Journal ha esaminati la fuga atmosferica sui pianeti TRAPPIST-1. Lo studio: “ The Implications of Thermal Hydrodynamic Atmospheric Escape on the TRAPPIST-1 Planets”, è stato sviluppato da Megan Gialluca, ricercatrice presso il Dipartimento di Astronomia e Programma di Astrobiologia dell’Università di Washington.
La maggior parte delle stelle della Via Lattea sono nane M. Come è risaputo, su TRAPPIST-1 i pianeti grandi, delle dimensioni di Giove, sono relativamente rari attorno a questi tipi di stelle. Si tratta di una chiara possibilità che la maggior parte dei pianeti terrestri siano in orbita attorno alle nane M.
ll flaring nana M però è un problema noto. Sebbene le nane M siano molto meno massicce del nostro Sole, i loro brillamenti sono molto più energetici di qualsiasi cosa provenga dal Sole. Alcuni brillamenti nani M possono raddoppiare la luminosità della stella in pochi minuti.
Un altro problema è il blocco delle maree. Poiché le nane M emettono meno energia, le loro zone abitabili sono molto più vicine delle zone attorno a una stella della sequenza principale come il nostro Sole. Questo significa che i pianeti potenzialmente abitabili hanno molte più probabilità di essere bloccati in modo mareale rispetto alle loro stelle.
Questo crea tutta una serie di ostacoli all’abitabilità. Un lato del pianeta sopporterebbe il peso dell’esplosione e sarebbe riscaldato, mentre l’altro lato sarebbe perennemente buio e freddo. Se c’è un’atmosfera, potrebbero esserci venti estremamente potenti.
“Poiché le nane M sono le stelle più comuni nel nostro quartiere stellare locale, se i loro sistemi planetari possano ospitare la vita è una questione chiave in astrobiologia che potrebbe essere suscettibile di test osservativi a breve termine”, hanno spiegato i ricercatori.
“Obiettivi planetari terrestri di interesse per la caratterizzazione atmosferica con ospiti nani M potrebbero essere accessibili con il JWST”, hanno aggiunto, sottolineando inoltre che anche i futuri grandi telescopi terrestri come l’European Extremely Large Telescope e il Giant Magellan Telescope potrebbero aiutare, ma sono lontani anni dall’essere operativi.
Le nane rosse e i loro pianeti sono più facili da osservare rispetto ad altre stelle e ai loro pianeti. Le nane rosse sono piccole e fioche, il che significa che la loro luce non soffoca i pianeti tanto quanto fanno le altre stelle della sequenza principale, ma nonostante la loro minore luminosità e le piccole dimensioni, presentano problematiche per l’abitabilità.
Le nane M hanno una fase pre-sequenza principale più lunga rispetto alle altre stelle e durante questo periodo raggiungono la loro massima luminosità. Una volta nella sequenza principale, hanno un’attività stellare più intensa rispetto a stelle come il nostro Sole. Entrambi questi fattori possono allontanare le atmosfere dai pianeti vicini. Anche senza flaring, il pianeta più vicino a TRAPPIST-1 (T-1 di seguito) riceve quattro volte più radiazioni della Terra.
“Oltre all’evoluzione della luminosità, l’intensificata attività stellare aumenta anche l’XUV stellare delle stelle nane M, che aumenta la perdita atmosferica”. Questo può anche rendere difficile la comprensione degli spettri delle atmosfere planetarie creando falsi positivi delle firme biologiche. È stato previsto che gli esopianeti attorno alle nane M abbiano atmosfere spesse dominate da ossigeno abiotico.
Nonostante tutte queste criticità, TRAPPIST-1 rappresenta una grande opportunità per studiare le nane M, la fuga atmosferica e l’abitabilità dei pianeti rocciosi: “TRAPPIST-1 è un obiettivo ad alta priorità per le osservazioni generali e del tempo garantito JWST”. Il JWST ha osservato parti del sistema T-1 e questi dati fanno parte di questo lavoro.
In questa ricerca, gli studiosi hanno simulato le prime atmosfere per ciascuno dei pianeti TRAPPIST-1, comprese diverse quantità iniziali di acqua espresse negli oceani terrestri (TO), e hanno anche modellato diverse quantità di radiazione stellare nel tempo. Le loro simulazioni hanno sfruttato i dati più recenti per i pianeti T-1 e una varietà di diversi percorsi di evoluzione planetaria.
I risultati non sono stati buoni, soprattutto per i pianeti più vicini alla nana rossa: “Troviamo che i pianeti interni T1-b, c e d sono probabilmente essiccati per tutto tranne il più grande contenuto iniziale di acqua (>60, 50 e 30 TO, rispettivamente) e sono a maggior rischio di completa perdita atmosferica a causa della loro vicinanza alla stella ospite”, hanno evidenziato gli esperti. A seconda del loro TO iniziale, tuttavia potrebbero trattenere una quantità significativa di ossigeno che potrebbe essere un falso positivo per le firme biologiche.
I pianeti esterni invece potrebbero trattenere parte della loro acqua a meno che la loro acqua iniziale non fosse bassa a circa 1 TO: ” Abbiamo trovato che T1-e, f, g e h perdono, al massimo, circa 8,0, 4,8, 3,4 e 0,8 TO, rispettivamente”. Questi pianeti esterni probabilmente hanno anche più ossigeno dei pianeti interni. Poiché T1-e, f e g si trovano nella zona abitabile della stella, si tratta di un risultato interessante.
Il T-1c è di particolare interesse perché, nelle simulazioni dei ricercatori, ha trattenuto la maggior parte dell’ossigeno atmosferico indipendentemente dal fatto che il TO iniziale fosse alto o basso.
Conclusioni
La potenziale abitabilità dei pianeti T-1 è una questione importante nella scienza degli esopianeti. Il tipo di stella, il numero di pianeti rocciosi e la facilità di osservazione lo collocano in cima alla lista degli obiettivi osservativi.
Non comprenderemo mai veramente l’abitabilità degli esopianeti se non riusciamo a comprendere questo sistema. L’unico modo per capirlo meglio è osservarlo più a fondo.
“Queste conclusioni motivano le osservazioni di follow-up alla ricerca della presenza di vapore acqueo o ossigeno su T1-c e le future osservazioni dei pianeti esterni nel sistema TRAPPIST-1, che potrebbero possedere una notevole quantità di acqua”, hanno concluso i ricercatori.
