È la prima volta che gli scienziati scoprono un pianeta la cui distanza dalla sua stella potrebbe implicare, a livello teorico, la presenza di acqua allo stato liquido sulla sua superficie.
di Neel V. Patel
Gli astronomi hanno rilevato per la prima volta prove della presenza di acqua su un pianeta potenzialmente abitabile al di fuori del nostro sistema solare.
I risultati mostrano che il pianeta K2-18b, che orbita attorno a una stella nana rossa a 110 anni luce dalla Terra e già ritenuto potenzialmente abitabile, contiene vapore acqueo nella sua atmosfera.
È la prima volta che una tale scoperta, riportata in un paio di articoli pubblicati su “Nature Astronomy” e caricati su arXiv, è stata effettuata per un pianeta che si trova nella cosiddetta zona abitabile, vale a dire la gamma orbitale attorno a una stella in cui potrebbe essere ospitata acqua liquida sulla superficie del pianeta.
“A oggi, questo è l’unico pianeta che conosciamo al di fuori del sistema solare con la temperatura giusta per ipotizzare la presenza di acqua; ha un’atmosfera con acqua al suo interno, e ciò lo rende il miglior candidato per l’abitabilità mai conosciuto”, afferma Angelos Tsiaras, uno scienziato che studia gli esopianeti dell’University College di Londra e autore dello studio di “Nature Astronomy”.
Mentre i due articoli condividono la conclusione generale che K2-18b ha acqua nell’atmosfera, c’è qualche differenza tra i loro approcci e i loro risultati hanno implicazioni diverse per la struttura generale del pianeta stesso.
I due gruppi concordano sul fatto che l’esopianeta abbia otto volte la massa della Terra e sia due volte più grande. È abbastanza vicino alla sua stella ospite (con un periodo orbitale di 33 giorni), ma questa stella ha la metà delle dimensioni e della temperatura del Sole.
L’esistenza di K2-18b è stata confermata nel 2015 e studi successivi hanno suggerito la natura rocciosa e probabilmente la presenza di un “significativo involucro gassoso o di un oceano”.
Entrambi i team hanno esaminato i dati di Hubble per osservare i transiti stellari di K2-18b mentre orbitava attorno alla sua stella ospite. Quando la luce stellare si muove attraverso l’atmosfera di un pianeta, viene dispersa dalla presenza di diversi elementi e composti atmosferici.
Gli scienziati possono analizzare questo scattering per determinare di cosa è composta l’atmosfera di un pianeta. Il team guidato da Björn Benneke, un ricercatore esperto in esopianeti dell’Université de Montréal e autore del documento apparso su arXiv, aveva anche accesso ai dati dei telescopi spaziali Kepler e Spitzer.
Il risultato è che lo studio pubblicato su “Nature Astronomy”, che è stato sottoposto a peer review e appare più conservativo nei suoi risultati, conclude che esiste una significativa concentrazione di acqua nell’atmosfera di K2-18b, anche se i ricercatori ipotizzano che potrebbe oscillare tra lo 0,01 per cento dell’atmosfera e il 50 per cento.
Tsiaras e il suo team pensano che il pianeta sia probabilmente una “super-Terra” rocciosa in possesso di un’atmosfera con significativa presenza di acqua, miscelata con un gas trasparente come l’azoto, e non escludono la formazione di nuvole. L’acqua atmosferica potrebbe essere il segno dell’esistenza di acqua liquida sulla superficie (che potrebbe essere coperta completamente da un oceano), ma per il momento non è chiaro.
Benneke e il suo team, che sono dell’avviso che K2-18b abbia una presenza massiccia di nuvole composte d’acqua, propongono una versione molto più esotica del pianeta.
Il loro modello, che incorpora i dati di Kepler e Spitzer, suggerisce che K2-18b sia un “mini-Nettuno” costituito da un piccolo nucleo ghiacciato o roccioso avvolto in un involucro gassoso. All’interno di determinati strati dell’atmosfera,infatti, il vapore acqueo è in grado di condensare in goccioline liquide.
“Dal punto di vista dell’astrobiologia, la presenza di goccioline è molto importante”, afferma Benneke. “È la presenza di acqua liquida, non del vapore, che consente ai processi biochimici della vita di avere luogo”. K2-18b potrebbe essere la dimora di una vita microscopica che fluttua attraverso lo strato di gas e che vive sulle gocce di acqua condensata tra le nuvole.
Entrambi gli studi sono influenzati dai limiti della tecnologia attuale. In effetti, Hubble è ormai qualcosa di superato. Le sue telecamere non erano davvero pensate per questo tipo di studi, e non è adatto a modellare un’atmosfera a 110 anni luce di distanza.
Kepler e Spitzer forniscono una gamma più ampia di osservazioni (da cui i modelli di formazione delle nuvole del documento arXiv), ma sono meno precisi di Hubble. Non si ha ancora idea delle temperature sul pianeta (il team di Tsiaras propone un intervallo tra -100 e 116 °F, o -73 e 47 ° C), dove si trova esattamente il vapore acqueo nell’atmosfera, quali altri composti si possono rintracciare nell’atmosfera.
I telescopi terrestri potrebbero essere in grado di fare alcune osservazioni utili, ma in realtà è molto difficile osservare un’atmosfera contenente acqua attraverso un’atmosfera con presenza di acqua. Alcuni telescopi, come l’Extremely Large Telescope nel nord del Cile e il Thirty Meter Telescope alle Hawaii, potrebbero ottenere dei risultati migliori, ma nessuno dei due sarà operativo fino all’ultima metà del prossimo decennio.
Forse la strada migliore è affidarsi ai due successori di Hubble: il James Webb Space Telescope, che dovrebbe essere lanciato in orbita nel 2021 ma ha già subito numerosi rinvii, e il telescopio spaziale ARIEL dell’Agenzia spaziale europea, il cui lancio è previsto nel 2029.
Entrambi saranno in grado di fare osservazioni più precise e più ampie attraverso lo spettro elettromagnetico, identificando diversi tipi di molecole nell’atmosfera, come l’anidride carbonica, il metano o l’ammoniaca.
Questi telescopi ci aiuteranno anche a ottenere un senso molto più concreto del contenuto e della struttura dell’acqua di K2-18b, indipendentemente dal fatto che il pianeta sia una super-Terra o un mini-Nettuno.
“Il fatto che possiamo ancora usare Hubble per fare scoperte innovative come questa è assolutamente sorprendente”, afferma Ryan Cloutier del Centro di astrofisica di Harvard & Smithsonian, che non era coinvolto in nessuno dei due studi.
Tuttavia uno strumento come il JWST “fornirà un miglioramento dell’ordine di grandezza della precisione di misura rispetto a Hubble”, egli spiega, rendendo molto più semplice lo studio dettagliato di uno qualsiasi dei 55 pianeti extrasolari situati in zona abitabile.
È importante notare che i segnali K2-18b sono tutt’altro che limpidi. “Questi tipi di studi sono sempre difficili”, afferma Cloutier. “In passato alcuni segnali sono di fatto “scomparsi” dopo ulteriori analisi o dopo un’analisi indipendente da parte di un altro gruppo di ricerca”.
Tuttavia, è raro intravedere la prova della presenza dell’acqua nell’atmosfera di un altro pianeta, e questo da solo dovrebbe aiutare a suscitare l’interesse sufficiente a mantenere vivi questo tipo di studi quando le tecnologie del prossimo decennio saranno online.
(rp)
