Il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA ha scoperto il suo primo pianeta delle dimensioni della Terra nella zona abitabile della sua stella, l'intervallo di distanze in cui le condizioni possono essere giuste per consentire la presenza di acqua liquida in superficie. Gli scienziati hanno confermato la scoperta, denominato TOI 700 d, utilizzando lo Spitzer Space Telescope della NASA e hanno modellato i potenziali ambienti del pianeta per aiutare a informare le osservazioni future.

TOI 700 d è uno dei pochi pianeti delle dimensioni della Terra scoperti finora nella zona abitabile di una stella. Altri includono diversi pianeti nel sistema TRAPPIST-1 e altri mondi scoperti dal Kepler Space Telescope della NASA.

"TESS è stato progettato e lanciato specificamente per trovare pianeti delle dimensioni della Terra in orbita attorno a stelle vicine, " ha detto Paul Hertz, direttore della divisione di astrofisica presso la sede della NASA a Washington. "I pianeti intorno alle stelle vicine sono più facili da seguire con telescopi più grandi nello spazio e sulla Terra. La scoperta di TOI 700 d è una scoperta scientifica chiave per TESS. Confermare le dimensioni del pianeta e lo stato della zona abitabile con Spitzer è un'altra vittoria per Spitzer mentre si avvicina la fine delle operazioni scientifiche questo gennaio".

TESS monitora ampie aree del cielo, chiamati settori, per 27 giorni alla volta. Questo lungo sguardo permette al satellite di seguire i cambiamenti nella luminosità stellare causati da un pianeta in orbita che si incrocia davanti alla sua stella dalla nostra prospettiva, un evento chiamato transito.

TOI 700 è un piccolo, fredda stella nana M situata a poco più di 100 anni luce di distanza nella costellazione meridionale del Dorado. È circa il 40% della massa e delle dimensioni del Sole e circa la metà della sua temperatura superficiale. La stella appare in 11 dei 13 settori osservati da TESS durante il primo anno della missione, e gli scienziati hanno catturato più transiti dai suoi tre pianeti.

La stella è stata originariamente classificata erroneamente nel database TESS come più simile al nostro Sole, il che significava che i pianeti apparivano più grandi e più caldi di quanto non fossero in realtà. Diversi ricercatori, compreso Alton Spencer, uno studente delle superiori che lavora con i membri del team TESS, individuato l'errore.

"Quando abbiamo corretto i parametri della stella, le dimensioni dei suoi pianeti sono diminuite, e ci siamo resi conto che quello più esterno aveva le dimensioni della Terra e nella zona abitabile, " ha detto Emily Gilbert, uno studente laureato presso l'Università di Chicago. "Inoltre, in 11 mesi di dati non abbiamo visto brillamenti dalla stella, che aumenta le possibilità che TOI 700 d sia abitabile e rende più facile modellare le sue condizioni atmosferiche e superficiali."

Gilbert e altri ricercatori hanno presentato i risultati al 235° meeting dell'American Astronomical Society a Honolulu, e tre articoli, uno dei quali condotto da Gilbert, sono stati sottoposti a riviste scientifiche.

Il pianeta più interno, denominato TOI 700 b, è quasi esattamente delle dimensioni della Terra, è probabilmente roccioso e compie un'orbita ogni 10 giorni. Il pianeta di mezzo, TOI 700 c, è 2,6 volte più grande della Terra, tra le dimensioni della Terra e di Nettuno, orbita ogni 16 giorni ed è probabilmente un mondo dominato dal gas. TOI 700 d, il pianeta più esterno conosciuto nel sistema e l'unico nella zona abitabile, misura il 20% più grande della Terra, orbita ogni 37 giorni e riceve dalla sua stella l'86% dell'energia che il Sole fornisce alla Terra. Si pensa che tutti i pianeti siano legati alla loro stella in base alla marea, il che significa che ruotano una volta per orbita in modo che un lato sia costantemente immerso nella luce del giorno.

Un team di scienziati guidato da Joseph Rodriguez, un astronomo al Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian a Cambridge, Massachusetts, ha richiesto osservazioni di follow-up con Spitzer per confermare TOI 700 d.

"Dato l'impatto di questa scoperta, che è il primo pianeta abitabile di TESS delle dimensioni della Terra, volevamo davvero che la nostra comprensione di questo sistema fosse il più concreta possibile, " ha detto Rodriguez. "Spitzer ha visto TOI 700 d transitare esattamente quando ci aspettavamo. È una grande aggiunta all'eredità di una missione che ha contribuito a confermare due dei pianeti TRAPPIST-1 e a identificarne altri cinque".

I dati di Spitzer hanno aumentato la fiducia degli scienziati sul fatto che TOI 700 d sia un pianeta reale e hanno affinato le loro misurazioni del suo periodo orbitale del 56% e delle sue dimensioni del 38%. Ha anche escluso altre possibili cause astrofisiche del segnale di transito, come la presenza di un più piccolo, stella compagna più debole nel sistema.

Rodriguez e i suoi colleghi hanno anche utilizzato osservazioni di follow-up da un telescopio terrestre di 1 metro nella rete globale dell'Osservatorio Las Cumbres per migliorare la fiducia degli scienziati nel periodo orbitale e nelle dimensioni di TOI 700 c del 30% e del 36%, rispettivamente.

Perché TOI 700 è brillante, qui vicino, e non mostra alcun segno di brillamenti stellari, the system is a prime candidate for precise mass measurements by current ground-based observatories. These measurements could confirm scientists' estimates that the inner and outer planets are rocky and the middle planet is made of gas.

Future missions may be able to identify whether the planets have atmospheres and, if so, even determine their compositions.

While the exact conditions on TOI 700 d are unknown, scientists can use current information, like the planet's size and the type of star it orbits, to generate computer models and make predictions. Researchers at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, modeled 20 potential environments of TOI 700 d to gauge if any version would result in surface temperatures and pressures suitable for habitability.

Their 3-D climate models examined a variety of surface types and atmospheric compositions typically associated with what scientists regard to be potentially habitable worlds. Because TOI 700 d is tidally locked to its star, the planet's cloud formations and wind patterns may be strikingly different from Earth's.

One simulation included an ocean-covered TOI 700 d with a dense, carbon-dioxide-dominated atmosphere similar to what scientists suspect surrounded Mars when it was young. The model atmosphere contains a deep layer of clouds on the star-facing side. Another model depicts TOI 700 d as a cloudless, all-land version of modern Earth, where winds flow away from the night side of the planet and converge on the point directly facing the star.

When starlight passes through a planet's atmosphere, it interacts with molecules like carbon dioxide and nitrogen to produce distinct signals, called spectral lines. The modeling team, led by Gabrielle Engelmann-Suissa, a Universities Space Research Association visiting research assistant at Goddard, produced simulated spectra for the 20 modeled versions of TOI 700 d.

"Someday, when we have real spectra from TOI 700 d, we can backtrack, match them to the closest simulated spectrum, and then match that to a model, " Engelmann-Suissa said. "It's exciting because no matter what we find out about the planet, it's going to look completely different from what we have here on Earth."