Un anno fa, Ho scritto un articolo sulla straordinaria scoperta del sistema planetario TRAPPIST-1, un sistema di sette pianeti terrestri temperati in orbita attorno a una stella nana rossa ultra-fredda. Questa è stata un'enorme scoperta astronomica perché queste stelle di piccola massa sono le più numerose nella nostra galassia, e la scoperta di pianeti potenzialmente abitabili intorno a uno di essi ha portato molte persone a speculare sull'esistenza della vita lì e altrove nella nostra galassia attorno a stelle simili.

Questo annuncio ha anche ispirato molti altri studi da parte di astronomi di tutto il mondo, che hanno utilizzato strumenti aggiuntivi ed eseguito modelli complessi per comprendere meglio questo sistema planetario e il suo potenziale per ospitare la vita.

Un anno dopo, mi sembra che sia il momento giusto per darvi un aggiornamento su ciò che abbiamo appreso su questo sistema planetario, che si trova a soli 41 anni luce dalla Terra.

Migliore comprensione del sistema planetario

Tra dicembre 2016 e marzo 2017, ulteriori dati su TRAPPIST-1 sono stati raccolti utilizzando la navicella spaziale Kepler nel programma K2. Kepler è stato progettato per misurare i transiti di esopianeti, ma le osservazioni di TRAPPIST-1 sono state una grande sfida anche per questo straordinario veicolo spaziale a caccia di pianeti perché TRAPPIST-1 è molto debole alla luce visibile. Durante la sua vita, gli astronomi hanno imparato molto sulle molte capacità di Keplero, inclusi modi migliori per raggiungere la sensibilità necessaria per rilevare le firme dei transiti di tipo TRAPPIST-1 (tipicamente 0,1% del flusso della stella). Gli autori di un articolo pubblicato a maggio 2017 in Natura sono stati in grado di vincolare il periodo orbitale del pianeta più esterno, TRAPPIST-1h (P=18.766 giorni). Il loro lavoro mostra che i sette pianeti sono, come sospettato, in risonanze a tre corpi in una catena complessa che suggerisce una buona stabilità per un periodo di tempo molto lungo.

Tieni presente che non vediamo i pianeti ma rileviamo solo la loro ombra usando la tecnica del transito che ci dà una buona stima delle dimensioni di un pianeta e della sua orbita. Però, per capire veramente la natura di un pianeta, dobbiamo anche determinare la sua densità, e quindi la sua massa. Nel tentativo di stimare la massa in più sistemi, gli astronomi hanno utilizzato una tecnica chiamata variazioni del tempo di transito (o TTV). Questa tecnica consiste nel misurare un piccolo spostamento nei tempi di un transito causato dall'interazione gravitazionale con gli altri pianeti del sistema. Utilizzando un nuovo algoritmo e un set completo di dati, inclusi i dati sia di TRAPPIST che di K2, un team di scienziati ha notevolmente migliorato le misurazioni della densità dei pianeti TRAPPIST-1, che vanno da 0,6 a 1,0 volte la densità della Terra, o una misura di densità simile a quella che vediamo nei pianeti terrestri del nostro sistema solare. Se consideriamo anche la quantità di luce che riceviamo da questi pianeti, TRAPPIST-1 e è probabilmente il più simile alla Terra nel sistema. Un articolo pubblicato nel febbraio 2018 includeva anche una discussione sull'interno di questi pianeti e suggeriva che TRAPPIST-1 c ed e hanno grandi interni rocciosi e -b, -D, -F, -g dovrebbe avere atmosfere dense, oceani, o croste ghiacciate.

Per comprendere un sistema planetario, abbiamo bisogno di informazioni accurate sul suo oggetto più massiccio, la sua stella. Gli astronomi stellari hanno migliorato la loro conoscenza della stella di TRAPPIST-1 e ora stimano che la sua età sia compresa tra 5 e 10 miliardi di anni, che lo rende più vecchio del nostro sole. Questa stima si basa su vari metodi, compreso lo studio della sua attività, la sua velocità di rotazione, e la sua posizione nella Via Lattea. Anche la sua massa è stata rivista al 9% della massa del nostro sole, che influenza leggermente la distanza del pianeta dalla stella ospite.

Osservando il sistema TRAPPIST, gli astronomi hanno anche rilevato forti brillamenti simili a stelle (visti, ad esempio, verso la fine delle osservazioni K2). Il monitoraggio UV del telescopio spaziale Hubble e di XMM/Newton combinato con la modellazione ha rivelato che i pianeti interni potrebbero aver perso una grande quantità di acqua, ma i più esterni probabilmente conservano la maggior parte dei loro. La complessità di questi modelli di degassamento e le interazioni con il vento stellare, quando combinato con le masse planetarie, sono fondamentali per comprendere la natura dei pianeti di TRAPPIST-1 e la loro potenziale abitabilità.

Dinamici, che rappresentano un'altra importante sottodisciplina astronomica, si sono interessati anche a questo complesso sistema. Con sette pianeti che circondano una stella di piccola massa, ci si può legittimamente interrogare sulla stabilità del sistema. I loro modelli ci mostrano che il sistema può essere stabile per miliardi di anni, che è una notizia eccezionale se vuoi che la vita fiorisca lì.

Nuovi esperimenti e idee innovative

Ora abbiamo una prova inequivocabile dell'esistenza dei pianeti TRAPPIST-1, e sappiamo delle loro orbite, la loro dimensione, e la loro massa, ma resta ancora molto da imparare prima di poter affermare che hanno acqua liquida sulla loro superficie, e abbiamo bisogno di sapere molto di più prima di poter concludere che questi pianeti potrebbero essere abitabili, o abitato.

Una delle sfide chiave per calcolare la temperatura superficiale di un pianeta è l'esistenza e la composizione della sua atmosfera. L'atmosfera può agire come una coperta, riscaldando la superficie planetaria. Utilizzando il telescopio spaziale Hubble, gli astronomi hanno tentato di rilevare la presenza di ricche atmosfere dominate da idrogeno attorno ai pianeti TRAPPIST-1 d, e, F, e g. Eventi di transito multicolore ripresi nel vicino infrarosso hanno escluso una tale atmosfera per i pianeti d, e, e f. Un'atmosfera dominata da H2 porterebbe a temperature e pressioni superficiali elevate, incompatibili con la presenza di acqua liquida. Questo rilevamento negativo suggerisce che questi pianeti potrebbero avere un'atmosfera simile alla Terra con un clima superficiale temperato, che è più buona notizia se, come me, ti interessa l'abitabilità.

Se la vita apparisse su un pianeta TRAPPIST-1 in un momento in cui era ospitale, quali sono le probabilità che si diffonda nell'intero sistema? Due astronomi hanno discusso questa ipotesi in un breve articolo pubblicato nel giugno 2017 e hanno utilizzato un semplice modello per la litopanspermia (il trasferimento di organismi nelle rocce da un pianeta all'altro tramite interplanetario) per scoprire che la probabilità che ciò accada è ordini di grandezza superiori a per il sistema Terra-Marte. Nel compatto TRAPPIST-1, la probabilità di impatto è maggiore e il tempo di transito tra i pianeti è più breve, che rende più probabile la contaminazione tra i pianeti. Hanno concluso che la probabilità di abiogenesi (l'aspetto della vita) è aumentata per TRAPPIST-1. Certo, questa è pura speculazione basata su considerazioni fisiche che devono essere supportate da osservazioni, ma ha rafforzato l'importanza di trovare sistemi mini-planetari così compatti altrove nella galassia.

La vita può esistere sulle lune così come sui pianeti, e una luna può dare un contributo significativo alla presenza della vita perché la sua pura presenza può stabilizzare l'asse di rotazione del pianeta e creare pozze di marea che potrebbero essere necessarie per la formazione e l'interazione di molecole complesse. Non sono state rilevate lune intorno ai pianeti TRAPPIST-1, anche se le osservazioni di Spitzer sono state in grado di rilevare una luna grande quanto quella terrestre. Lo studio teorico mostra che è improbabile che i pianeti interni (da -b a -e) abbiano piccole lune a causa della vicinanza della loro stella e di altri pianeti. Non siamo ancora in grado di rilevare la presenza di una piccola luna che circonda uno dei pianeti più esterni, e non sarà in grado di rilevarne uno senza l'utilizzo di telescopi più grandi nello spazio ea terra.

Il riscaldamento a induzione è un processo utilizzato sulla Terra per fondere il metallo. Si verifica quando cambiamo il campo magnetico in un mezzo conduttore, che poi dissipa l'energia attraverso il calore. Gli astronomi sanno da alcuni anni che le stelle di tipo M come TRAPPIST-1 hanno un forte campo magnetico. Un gruppo di astronomi ha studiato l'effetto di un campo magnetico così forte sull'interno dei pianeti in un sistema inclinato rispetto al campo magnetico della loro stella. Supponendo un interno planetario e una composizione simile alla Terra, determinarono che i tre pianeti più interni (-b, -C, -d) dovrebbe sperimentare una maggiore attività vulcanica e degassamento, e in alcuni casi estremi hanno sviluppato un oceano di magma con tettonica a placche e terremoti su larga scala, paragonabile a Io, un satellite di Giove. Ancora, questo risultato è estremamente dipendente dal modello poiché non abbiamo ancora un'idea chiara della composizione interna di quei pianeti, che influenzerà direttamente la forza del riscaldamento a induzione. Però, se sono veramente simili alla Terra nella composizione, potrebbero essere una versione infernale del nostro pianeta.

Altri scienziati hanno anche discusso dell'esistenza di una tettonica a zolle significativa e di intensi terremoti in questo sistema a causa dello stress di marea introdotto dalle interazioni pianeta-stella e pianeta-pianeta. Se l'attività è corretta, alcuni dei pianeti TRAPPIST-1 potrebbero infatti essere simili alla Terra con l'equivalente di placche continentali, fondali oceanici, e vulcani attivi, ma un giorno avremo bisogno di scattare una foto per confermarlo.

Qual è il prossimo?

Ho riassunto alcuni degli ultimi articoli pubblicati negli ultimi due anni sul meraviglioso sistema TRAPPIST-1. Questo elenco non è esaustivo e probabilmente mi sono perso alcune idee interessanti e nuove ipotesi su questo complesso sistema.

Ma una cosa è chiarissima:le mie letture hanno lasciato me (e molte altre persone) entusiasta di ciò che potremmo trovare da ulteriori osservazioni con grandi telescopi terrestri, compreso un Telescopio Estremamente Grande (come il TMT, PFU, o GMT), o il telescopio spaziale James Webb (JWST). Ognuna di queste strutture è necessaria per vincolare i nostri modelli e perfezionare la nostra comprensione di questo sistema. Ad esempio, il monitoraggio a lungo termine del sistema con queste strutture porrà ulteriori vincoli alla presenza di lune nel sistema. Utilizzando l'accurata fotometria resa possibile da JWST, gli astronomi sperano di vincolare le masse e le orbite planetarie con grande precisione, derivare la composizione delle loro atmosfere, costruire mappe di temperatura grezze di tutti i pianeti nel sistema TRAPPIST-1.

Dopo il 2020, se tutto va bene con JWST e se il telescopio spaziale fornisce i dati superbi che ci aspettiamo, potremmo avere una mappa grezza dei pianeti TRAPPIST-1, simile all'immagine approssimativa di Plutone realizzata con il telescopio spaziale Hubble e successivamente convalidata dalla navicella spaziale New Horizons.

In meno di due decenni, i sistemi planetari vicini come TRAPPIST-1 diventeranno il nostro cortile cosmico, e se tutto va come previsto con missioni come TESS, PLATONE, ARIELE, e JWST così come gli ELT, impareremo presto i segreti di quei mondi esotici che, Sono convinto, ci sorprenderanno per la loro diversità, proprio come il nostro sistema solare ci ha sorpreso negli ultimi due decenni, ci sorprende oggi, e sicuramente continuerà a sorprenderci in futuro.