Esopianeti e SuperTerre: telescopi e ipotesi

Sifting through the atmospheres of far-off worlds

Un’immagine della stella HR 8799 al centro del cerchio annerito. I quattro punti indicati con le lettere sono i pianeti. Questa è un’immagine composita rappresenta un periodo di 1,25 ore, tra il 14 e 15 giugno 2012. (Crediti: Progetto 1640).

Sugli esopianeti ho cercato di fare un po’ il punto della situazione in un articolo, Ultime frontiere nella ricerca di esopianeti abitabili. Per completare il quadro mi soffermo un attimo sui modi con cui possiamo “osservare” questi mondi lontani e, nel frattempo, colgo l’occasione per spendere due parole su un progetto presentato questa settimana al 223° Meeting della American Astronomical Society. Ma andiamo con ordine. 1) Purtroppo per studiare questi pianeti lontani non possiamo infilarli in un barattolo come se fossero biglie e dargli un’occhiata più attenta; alcuni passi avanti provengono dall’imaging diretta.

Da tempo i telescopi terrestri hanno cominciato a scattare foto a infrarossi dei pianeti vicino alle loro stelle madri. Sono numerose le installazioni di telecamere a infrarossi sui telescopi terrestri dotati di spettrografi; gli spettrografi sono strumenti che diffondono la luce di un oggetto rivelandone le firme molecolari. Per fare un esempio, il Progetto 1640, in parte finanziato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California, ha recentemente raggiunto questo obiettivo con l’Osservatorio Palomar nei pressi di San Diego. Lo studio che ne riferisce i risultati è stato pubblicato sulla rivista The Astrophysical Journal.

Oltre all’imaging a raggi infrarossi, ci sono varie altre strategie adottare per osservare pianeti lontani. Ad esempio, lo Spitzer della NASA e il telescopio spaziale Hubble monitorano i pianeti che orbitano attorno alle loro stelle. Il James Webb Space Telescope della NASA utilizzerà una strategia simile per studiare le atmosfere dei pianeti che sono leggermente più grandi della Terra. Nello studio uscito su The Astrophysical Journal, i ricercatori hanno esaminato HR 8799, una grande stella che orbita attorno a quattro giganti rossi. Tre di questi pianeti furono tra i primi ad essere direttamente oggetto dell’imaging grazie alle osservazioni effettuate nel 2008 dai telescopi Gemini e Keck di Mauna Kea (Hawaii). Il quarto pianeta, il più vicino alla sua stella e, per questo, più difficile da osservare, è stato rivelato da immagini riprese dal telescopio Keck nel 2010. Quelle immagini non sono sufficienti a rivelare le informazioni sulla composizione chimica dei pianeti.

Ecco perché sono necessari gli spettrografi: per trovare le impronte digitali delle molecole nell’atmosfera di un pianeta è necessario catturare ancora più luce, e questo significa “bloccare” ulteriormente il bagliore della stella. Il Progetto 1640 ha ottenuto questo risultato grazie ad una collezione di strumenti tra cui un coronografo per mascherare la luce delle stelle, un avanzato sistema di ottica adattiva, che rimuove la sfocatura della nostra atmosfera e due specchi deformabili. I risultati hanno rivelato che tutti e quattro i pianeti hanno quasi la stessa temperatura. Per quanto concerne invece la loro composizione, alcuni sono privi di metano e hanno tracce di ammoniaca; ulteriori simulazioni aiuteranno a capire meglio la chimica di questi corpi celesti.

Nel frattempo continua la ricerca sugli spettri degli esopianeti. Il telescopio Keck e il Large Binocular Telescope vicino a Tucson (Arizona) stanno studiando l’emissione luminosa dei pianeti del sistema HR 8799. Molti telescopi terrestri si stanno preparando per la caccia ai nuovi pianeti (il Keck, il Gemelli, il Palomar e il giapponese Subaru). Sarebbe anche auspicabile la scoperta di pianeti situati lontano dalle loro stelle, fuori dalla loro accecante luce.

Lo Spitzer a raggi infrarossi della NASA e il Wide-field Infrared Explorer (WISE) indagano in questo senso, e il Galaxy Evolution Explorer, ora coordinato dal California Institute of Technology, ha contribuito ad individuare possibili candidati di giovani stelle che potrebbero ospitare pianeti corrispondenti a questi criteri. Il James Webb Space Telescope, invece, indagherà pianeti di massa inferiore, fino alla dimensione di Saturno. I pianeti simili alla Terra sono fuori portata: sono troppo piccoli e troppo vicini alle loro stelle per le tecnologie attuali. L’impresa di conoscere le composizioni chimiche dei pianeti simili al nostro sarà affidata ad una futura missione spaziale proposta da Planet Finder. Questi sono gli strumenti: ma che ne è delle buone vecchie simulazioni teoriche?

2) Un recente studio ci illustra meglio fin dove si può arrivare nel formulare ipotesi. Un nuovo modello teorico ha dimostrato che alcuni pianeti extrasolari possono essere molto più simili alla Terra di quanto si fosse inizialmente pensato. In particolare, è possibile che alcune Super-Terre abbiano paesaggi molto simili al nostro, oceani e continenti inclusi. Il modello è stato sviluppato da Nicolas B. Cowan del Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) ,in collaborazione con Dorian Abbot della UChicago. La loro ricerca sarà a breve pubblicata nella rivista Astrophysical Journal ma, come ho accennato all’inizio, i risultati sono stati presentati questa settimana al 223° Meeting della American Astronomical Society.

Vediamo cosa c’è di nuovo. Sappiamo che per qualificarsi come una Super-Terra un pianeta ha solo bisogno di essere più massiccio della Terra e meno massiccio di Urano, che ha circa 15 volte la massa della Terra. Non ci sono altri vincoli particolari. È credenza comune che molte Super-Terre siano completamente coperte da oceani profonde: ho detto credenza. Infatti questo nuovo modello che simula la struttura di questi corpi celesti sembra mettere in crisi questa idea.

Utilizzando i principi fondamentali della geofisica, in combinazione con ciò che sappiamo su questa classe di pianeti, i due studiosi sono stati in grado di determinare che la presenza di acqua su questi mondi massicci è legata non solo alla struttura del mantello, proprio come sulla Terra, ma anche alla pressione che il fondo marino esercita verso gli strati intermedi del mantello. Aggiungendo i fattori di sviluppo della tettonica a zolle, è stato possibile concludere in favore di un’ipotesi mai formulata prima: esisterebbero anche in questi esopianeti dei livelli del mare variabile, il che deporrebbe in favore della presenza di veri e propri continenti (lo studio include quelli di massa fino a 15 volte quella della Terra).

È semplice comprendere come la presenza di oceani e continenti, in grado di regolare le condizioni meteorologiche e dunque il clima, approfondirebbe i nostri modelli esplicativi e aumenterebbe le probabilità che tale pianeta sia situato nella zona abitabile della sua stella. Se poi ci aggiungete il fatto che le correnti nel mare sarebbero perfettamente in grado di mescolare le sostanze nutritive sparse nei vari bacini, il passo verso il concetto di “forma vivente” è breve. Per ora si tratta solo di un modello teorico, visto che non vi è ancora alcuna prova concreta dell’esistenza di una “geografia” simile in un pianeta extrasolare. Vedremo se queste rimarranno sempre e solo ipotesi.

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