C’è acqua sui pianeti di TRAPPIST-14 min di lettura

Vi ricordate i pianeti della stella TRAPPIST-1? Circa un anno fa, la NASA annunciò che tra i dati raccolti dal telescopio spaziale Kepler era stato trovato un sistema planetario composto da 7 esopianeti attorno alla stella TRAPPIST-1, a circa 40 anni luce di distanza da noi.

Pianeti del sistema solare vs pianeti del sistema TRAPPIST-1.

Ci eravamo lasciati un anno fa con dicendo che molto probabilmente tutti e sette i pianeti sono rocciosi e con il dubbio se ci fosse acqua o meno. Oggi possiamo fare qualche passo in avanti. Infatti è stato pubblicato questo articolo scientifico di Grimm e collaboratori, in cui si è studiato con maggiore precisione la composizione dei magnifici sette di TRAPPIST-1 e in cui si parla della presenza di acqua su questi pianeti.

I dati usati sono quelli di Kepler, ovviamente, ma anche quelli del telescopio spaziale a infrarossi NASA Spitzer e dell’immortale telescopio spaziale Hubble.

Come si misura la densità di un pianeta?

Per misurare la densità di un pianeta occorre conoscere la massa e le dimensioni di quel pianeta. Misurare le dimensioni si può fare: quando il pianeta passa davanti alla sua stella, questo transito determina un calo della luminosità osservata proveniente dalla stella. Più è grosso il calo, più è grosso il pianeta. Servono strumenti come il telescopio Kepler, certo, ma la cosa è fattibile. Un applauso agli ingegneri e scienziati della NASA.

transit-352
Quando un esopianeta incontra una stella, la stella accusa il colpo.

Il problema è la massa. Pianeta e stella hanno entrambi una massa e quindi si attraggono gravitazionalmente l’uno con l’altra. Quindi, non solo il pianeta, ma anche la stella si muove un poco. Se la stella si muove con una certa velocità, a volte sarà leggermente più lontana da noi, a volte sarà leggermente più vicina a noi: ciò provoca un piccolo cambiamento nella frequenza della luce che osserviamo dalla stella. Si tratta dello stesso fenomeno che riguarda la frequenza di una sirena di un’ambulanza che si allontana o si avvicina con una certa velocità, solo che lì invece di onde luminose abbiamo onde sonore.

Misurando dunque la velocità della stella con questi piccoli cambiamenti nella frequenza della luce possiamo stimare la massa di stella e pianeta: perché più è grosso il pianeta, maggiormente si muoverà la stella, più grande sarà il cambio della frequenza della sua luce.

Per fare ciò, dunque, ci vogliono strumenti molto precisi qui sulla Terra (o nei telescopi spaziali): il problema è che la stella TRAPPIST-1 è molto piccola e quindi non è che ci arrivi molta luce. Questo vuol dire che può risultare difficile ottenere misure molto precise della frequenza della luce che cambia a causa del moto dei sette pianeti.

Andare oltre

Allora, per aumentare la precisione bisogna inventarsi qualche altra cosa. Grimm e i suoi collaboratori allora hanno deciso di sfruttare la misura migliore che avevano a disposizione: hanno sfruttato i transiti dei pianeti anche per stimare le masse di questi.

Si può fare? Certo, perché i sette pianeti passano e ripassano continuamente davanti alla stella. Il moto periodico di questi transiti ci dice anche come i vari pianeti si influenzano gravitazionalmente. In pratica avete sette oggetti che orbitano attorno a una stella a diverse distanze; tutti i pianeti sono attratti dalla stella, ma anche ogni pianeta è attratto gravitazionalmente dagli altri sei. E quindi, il modo in cui orbitano ne risente.

Per ottenere stime precise della massa dei pianeti con questo metodo però c’è bisogno di un buon numero di misure, oltre che di misure molto accurate. Non solo: c’è bisogno anche dell’algoritmo giusto che permette di trovare il modello più giusto per riprodurre i dati osservati. Con tutto ciò, si è potuto stimare la massa dei sette pianeti senza misurare la velocità della stella TRAPPIST-1. E i risultati sono straordinari.

Acqua!

Tra le varie cose trovate nello studio di Grimm e il suo team, secondo me queste tre sono fondamentali:

1) i sette pianeti di TRAPPIST-1 (che si chiamano b, c, d, e, f, g, h) hanno tutti una densità molto simile a quella della Terra;

2) i sette pianeti di TRAPPIST-1, ma questo lo sapevamo già, sono molto simili a pianeti come la Terra o Venere (vedi grafico qui sotto);

Schermata 2018-02-05 alle 21.29.58
Se date un’occhiata anche alla barra sulla destra, scoprite che su qualche pianeta di TRAPPIST-1 si può fare una calda villeggiatura.

3) i quattro pianeti TRAPPIST-1 b, d, f, g possono avere atmosfere, oceani, o ghiaccio contenenti acqua. I dati ci dicono che la frazione di massa d’acqua rispetto alla massa del pianeta è al massimo del 5% (quindi stiamo parlando di un limite superiore). Poco? Beh, mica tanto: per confronto pensate che sulla Terra, su cui vi è senza dubbio acqua, tale frazie è pari meno dello 0,1%.

E adesso? Le atmosfere degli esopianeti

Mica è finita: dobbiamo trovare un modo per studiare direttamente l’atmosfera di questi pianeti. Un modo è il seguente: quando un esopianeta passa davanti alla sua stella, la luce della stella passa attraverso il sottile strato di atmosfera (quando c’è) dell’esopianeta. Gli elementi presenti nell’atmosfera nell’esopianeta assorbono e riemettono la luce della stella. Questo genera delle caratteristiche bande scure nella luce osservata da noi sulla Terra quando usiamo uno strumento chiamato spettrografo (praticamente funziona come un prisma).

spctelem
Ogni elemento ha il suo caratteristico spettro. Poi, certo, noi osserviamo una sovrapposizione di un sacco di questi spettri, ma ogni elemento mantiene le sue righe colorate caratteristiche.

Il telescopio spaziale Hubble ha provato a fare una cosa del genere e ha provato a vedere se i pianeti di TRAPPIST-1 contengono grosse quantità di idrogeno nelle loro atmosfere. L’idrogeno è un potente gas serra: se ce n’è troppo, le possibilità di avere un pianeta abitabile sono molto ridotte. Quindi la domanda che si è fatto il telescopio spaziale Hubble, o meglio gli scienziati che ci lavorano, è: ci sono segni dell’idrogeno nello spettro della luce che passa attraverso le atmosfere dei pianeti di TRAPPIST-1?

Risposta: no. Tutti i dettagli sono in questo articolo di de Wit e collaboratori.

Quindi i pianeti sono abitabili? Piano, piano. È stato escluso un possibile elemento pericoloso per l’abitabilità, ma ciò non vuol dire che siamo pronti per fare un’affermazione del genere.

Il punto è che Hubble ha fatto queste osservazioni al limite della sua possibilità strumentale nello studio della luce infrarossa. Nel 2019 la NASA metterà in orbita il telescopio spaziale James Webb, che avrà praticamente una laurea magistrale in luce infrarossa, anzi un dottorato, e potrà studiare ancora più in dettaglio ciò che ha studiato Hubble finora.

In tutto ciò, viene fuori che abbiamo trovato dei mondi estremamente interessanti attorno a una stella abbastanza diversa dal nostro Sole. Per la serie, l’universo è bello perché è vario.

Certo, poi ci sarebbe da dire che dare come notizia la presenza di acqua in un sistema planetario che ha un nome “trappista” non sembra rispettoso per i celebri mastri birrai.

Per riparare, un giorno dovremo arrivare sin laggiù e festeggiare con una di queste, non vedo alternative.

_

Per chi volesse approfondire, ho scritto la guida di Motherboard 2018 sugli esopianeti.

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: