In un sistema solare chiamato TRAPPIST-1, a 40 anni luce dal sole, sette pianeti delle dimensioni della Terra ruotano attorno a una fredda stella rossa. La presenza dei sette pianeti rocciosi, in gran parte orbitanti nella zona abitabile di Trappist-1 da anni affascinano gli astronomi.
Il team, che comprendeva Ryan MacDonald, astronomo dell’Università del Michigan e Sagan Fellow della NASA, ha pubblicato il suo studio sulla rivista The Astrophysical Journal Letters.
“Le nostre osservazioni non hanno rilevato segni di atmosfera attorno a TRAPPIST-1 b. Questo ci dice che il pianeta potrebbe essere una roccia nuda, avere nuvole in alto nell’atmosfera o avere una molecola molto pesante come l’anidride carbonica che rende l’atmosfera troppo sottile per essere rilevata.” ha detto MacDonald. “Ma la stella domina in assoluto le nostre osservazioni, e questo accadrà anche con gli altri pianeti del sistema.”
La maggior parte delle indagini del team si sono concentrate su quanto potevano imparare sull’impatto della stella sulle osservazioni dei pianeti del sistema TRAPPIST-1.
“Se non capiamo come comportarci con la stella ora, diventerà molto, molto più difficile quando osserveremo i pianeti nella zona abitabile – TRAPPIST-1 d, e ed f – per vedere eventuali segnali atmosferici“, ha detto MacDonald.
Un promettente sistema esoplanetario
TRAPPIST-1, una stella molto più piccola e più fredda del nostro Sole situata a circa 40 anni luce dalla Terra, ha catturato l’attenzione di scienziati e appassionati di spazio sin dalla scoperta dei suoi sette esopianeti delle dimensioni della Terra, avvenuta nel 2017. Questi mondi, strettamente raggruppati attorno alla loro stella, con tre di loro all’interno della sua zona abitabile, hanno alimentato le speranze di trovare ambienti potenzialmente abitabili oltre il nostro sistema solare.
Lo studio, condotto da Olivia Lim dell’Istituto Trottier per la ricerca sugli esopianeti dell’Università di Montreal, ha utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia di trasmissione per ottenere importanti informazioni sulle proprietà di TRAPPIST-1 b. Analizzando la luce della stella centrale dopo che è passata attraverso l’atmosfera dell’esopianeta durante un transito, gli astronomi possono vedere l’impronta digitale unica lasciata dalle molecole e dagli atomi presenti all’interno di quell’atmosfera.
“Queste osservazioni sono state effettuate con lo strumento NIRISS del JWST, costruito da una collaborazione internazionale guidata da René Doyon presso l’Università di Montreal, sotto gli auspici dell’Agenzia spaziale canadese per un periodo di quasi 20 anni“, ha affermato Michael Meyer, professore di aastronomia all’UM. “È stato un onore far parte di questa collaborazione ed è tremendamente emozionante vedere risultati come questo che caratterizzano i diversi mondi attorno alle stelle vicine grazie a questa capacità unica di NIRISS“.
Conosci la stella, conosci il pianeta
La scoperta chiave dello studio è stata l’impatto significativo dell’attività stellare nel contaminare il tentativo di determinare la natura di un pianeta extrasolare. La contaminazione stellare si riferisce all’influenza delle caratteristiche proprie della stella, come regioni scure chiamate macchie e regioni luminose chiamate facole, sulle misurazioni dell’atmosfera dell’esopianeta.
Il team ha trovato prove convincenti del fatto che la contaminazione stellare svolge un ruolo cruciale nel modellare gli spettri di trasmissione di TRAPPIST-1 b e, probabilmente, degli altri pianeti del sistema. L’attività della stella centrale può creare “segnali fantasma” che potrebbero ingannare l’osservatore facendogli credere di aver rilevato una particolare molecola nell’atmosfera dell’esopianeta.
Questo risultato sottolinea l’importanza di considerare la contaminazione stellare quando si pianificheranno le future osservazioni di tutti i sistemi esoplanetari. Ciò è particolarmente vero per sistemi come TRAPPIST-1, poiché è centrato attorno a una stella nana rossa che può essere particolarmente attiva con macchie ed eventi frequenti di brillamenti.
“Oltre alla contaminazione da macchie e facole stellari, abbiamo visto un brillamento stellare, un evento imprevedibile durante il quale la stella appare più luminosa per diversi minuti o ore“, ha detto Lim. “Questo brillamento ha influenzato la nostra misurazione della quantità di luce bloccata dal pianeta. Tali segni di attività stellare sono difficili da modellare, ma dobbiamo tenerne conto per garantire di interpretare correttamente i dati“.
MacDonald ha svolto un ruolo chiave nella modellazione dell’impatto della stella e nella ricerca di un’atmosfera nelle osservazioni del team, eseguendo una serie di milioni di modelli per esplorare l’intera gamma di proprietà delle macchie stellari fredde, delle regioni attive delle stelle calde e delle atmosfere planetarie che potrebbero spiegare le osservazioni JWST che gli astronomi stavano vedendo.
Nessuna atmosfera significativa su TRAPPIST-1 b
Mentre tutti e sette i pianeti di TRAPPIST-1 sono candidati allettanti nella ricerca di esopianeti delle dimensioni della Terra dotati di atmosfera, la vicinanza di TRAPPIST-1 b alla sua stella significa che si trova in condizioni più difficili rispetto ai suoi fratelli. Riceve quattro volte più radiazioni rispetto alla Terra dal Sole e ha una temperatura superficiale compresa tra 120 e 220 gradi Celsius.
Tuttavia, se TRAPPIST-1 b dovesse avere un’atmosfera, sarebbe più facile rilevarla e descriverla tra tutti gli obiettivi del sistema. Poiché TRAPPIST-1 b è il pianeta più vicino alla sua stella e quindi il pianeta più caldo del sistema, il suo transito crea un segnale più forte. Tutti questi fattori rendono TRAPPIST-1 un bersaglio di osservazione cruciale, ma allo stesso tempo impegnativo.
Per tenere conto dell’impatto della contaminazione stellare, il team ha condotto due recuperi atmosferici indipendenti, una tecnica per determinare il tipo di atmosfera presente su TRAPPIST-1 b, sulla base delle osservazioni. Nel primo approccio, la contaminazione stellare veniva rimossa dai dati prima che venissero analizzati. Nel secondo approccio, condotto da MacDonald, la contaminazione stellare e l’atmosfera planetaria sono state modellate e adattate simultaneamente.
In entrambi i casi, i risultati hanno indicato che gli spettri di TRAPPIST-1 b potrebbero essere ben corrispondenti solo con la contaminazione stellare modellata. Ciò non suggerisce alcuna prova di un’atmosfera significativa sul pianeta. Un risultato del genere rimane molto prezioso, poiché indica agli astronomi quali tipi di atmosfere sono incompatibili con i dati osservati.
Sulla base delle osservazioni JWST raccolte, Lim e il suo team hanno esplorato una serie di modelli atmosferici per TRAPPIST-1 b, esaminando varie possibili composizioni e scenari. Hanno scoperto che le atmosfere prive di nubi e ricche di idrogeno sono da escludere con elevata sicurezza. Ciò significa che non sembra esserci un’atmosfera chiara ed estesa attorno a TRAPPIST-1 b.
Tuttavia, i dati non possono escludere con sicurezza atmosfere più sottili, come quelle composte da acqua pura, anidride carbonica o metano, né un’atmosfera simile a quella di Titano, una luna di Saturno e l’unica luna del sistema solare con un’atmosfera significativa. Questi risultati, il primo spettro di un pianeta di TRAPPIST-1, sono generalmente coerenti con le precedenti osservazioni JWST del lato diurno di TRAPPIST-1 b visto in un unico colore con lo strumento MIRI.
Mentre gli astronomi continuano a esplorare altri pianeti rocciosi nella vastità dello spazio, queste scoperte informeranno i futuri programmi di osservazione del JWST e di altri telescopi, contribuendo a una più ampia comprensione delle atmosfere esoplanetarie e della loro potenziale abitabilità.
