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Anche i pianeti rocciosi relativamente piccoli e molto vicini alla stella madre possono avere un’atmosfera. Lo indicano le osservazioni del telescopio spaziale Nasa/Esa/Csa James Webb al pianeta extrasolare Toi-561 b, in orbita attorno a una stella povera di ferro, vecchia circa 10 miliardi di anni e situata a 280 anni luce da noi nel cosiddetto ‘disco spesso‘ della Via Lattea.
Dalle analisi dei dati raccolti, pubblicate da un team di studiosi su The Astrophysical Journal Letters, si tratterebbe dell’evidenza più solida mai rilevata circa l’esistenza di un’atmosfera attorno a un esopianeta roccioso.
Toi-561 b è catalogato come ‘super Terra ultra-calda’, ha un raggio pari a circa 1,4 volte quello terrestre e trovandosi a meno di un milione di miglia di distanza dalla sua stella madre, cioè un quarantesimo di quella tra Mercurio e il Sole, ha un periodo orbitale inferiore a 11 ore.
Queste condizioni lo includono in una rara classe di oggetti classificati come esopianeti a ‘periodo ultra-breve‘ (Ultra short period – Usp), che impiegano meno di 24 ore per completare un’orbita. Con molta probabilità , l’estrema vicinanza ha plasmato il moto del pianeta fino a stabilire una rotazione sincrona in cui mostra sempre lo stesso versante alla stella, come la Luna con la Terra. Questa condizione di esposizione permanente, a una vicinanza estrema, fa alzare le temperature superficiali sul versante illuminato fino a valori sufficienti a liquefare le rocce.
La potenziale presenza di una spessa atmosfera, sopra questo vasto oceano di magma, è senza dubbio la caratteristica più intrigante che emergerebbe dalle osservazioni del Webb: com’è possibile che un pianeta estremamente vicino a una stella possa riuscire a conservare un’atmosfera, persino densa e corposa?
«Riteniamo che esista un equilibrio tra l’oceano di magma e l’atmosfera. Nello stesso momento in cui i gas vengono emessi dal pianeta per alimentare l’atmosfera, l’oceano di magma li riassorbe verso l’interno – ha affermato Tim Lichtenberg dell’Università di Groningen, uno degli autori della ricerca – Questo pianeta deve essere molto, molto più ricco di volatili rispetto alla Terra per spiegare le osservazioni. È davvero come una palla di magma bagnato».
Toi-561 b ha una composizione davvero diversa dai pianeti del Sistema Solare. Secondo la dottoressa Johanna Teske del Carnegie Science Earth and Planets Laboratory di Washington, anche essa tra gli autori dello studio, l’esopianeta avrebbe una densità anomala: non bassa come un pianeta di tipo super- puff, ma molto inferiore a quella terrestre. Quasi certamente possiede un nucleo ferroso molto piccolo e un mantello formato da rocce meno dense di quelle che troviamo sul nostro pianeta. Per la Teske, Toi-561 b dev’essersi formato in un ambiente chimico diverso rispetto ai pianeti del nostro sistema solare. Forse è un esemplare dei primi pianeti nati quando la Via Lattea era relativamente giovane.
Un’emissione dello spettro catturato dalla fotocamera a infrarosso NirSpec del telescopio James Webb, nel maggio 2024. Si può vedere la luminosità nelle lunghezze d’onda tra i 3 e i 5 micron rispetto a un pianeta senza atmosfera (mostrato con la riga grigia) I dati, paragonati ai modelli teorici, suggeriscono che il pianeta si a avvolto da un’atmosfera altamente volatile
Il team già sospettava la presenza di un’atmosfera che faceva apparire le dimensioni di Toi-561 b più grandi di quanto non fossero in realtà . Così ha puntato il telescopio Webb e con lo spettrografo NirSpec ha misurato la temperatura dell’emisfero diurno del pianeta sulla base della sua luminosità nel vicino infrarosso, usando la classica tecnica di rilevare la sua diminuzione quando il pianeta passa dietro la sua stella, la stessa adottata per cercare atmosfere in altri mondi rocciosi.
Se Toi-561 b fosse una roccia nuda, senza atmosfera in grado di trasportare calore verso il lato in ombra, la sua temperatura diurna dovrebbe avvicinarsi ai 2.700 °C. Le osservazioni con il NirSpec invece mostrano che il calore sul lato diurno che si aggira sui 1.800 °C, una temperatura molto elevata ma pur sempre inferiore a quanto previsto.
Per spiegare questi risultati, il gruppo di ricercatori ha considerato diversi scenari, simulazioni in cui cambiavano sia la composizione dell’atmosfera che della superficie, osservando poi quanto i risultati fossero vicini alle misurazioni del Webb. Dei forti venti, ad esempio, potrebbero ridistribuire il calore, spingendolo verso il lato buio del pianeta, attenuando le temperature globali medie. Anche l’oceano di magma potrebbe ridistribuire parte del calore ed è anche ammissibile la presenza di un sottile strato di vapore roccioso sulla superficie dell’oceano di magma, anche se in questo caso avrebbe probabilmente un effetto di raffreddamento molto più contenuto rispetto a quanto osservato. Un’altra ipotesi è la presenza di nubi luminose di silicati che raffreddano l’atmosfera riflettendo la luce stellare.
Questi sono i primi risultati del Webb’s General Observers Program 3860, che ha previsto l’osservazione continua del sistema per oltre 37 ore, mentre Toi-561 b completava quasi quattro orbite complete attorno alla stella. Il team sta attualmente analizzando l’intero insieme di dati per mappare la temperatura lungo tutta la circonferenza del pianeta e delimitare la composizione dell’atmosfera.
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Immagine in apertura: ricostruzione artistica di come potrebbe apparire Toi-561 b e la sua stella madre, basata sulle osservazioni del James Webb e altri telescopi. I dati del Webb suggeriscono che il pianeta abbia una spessa atmosfera sopra un oceano di magma.
Crediti di tutte le immagini: Nasa, Esa, Csa, Ralf Crawford (StScI)