Nel 2017, un team internazionale di astronomi ha annunciato una scoperta epocale. Sulla base di anni di osservazioni, hanno scoperto che il sistema TRAPPIST-1 (una nana rossa di tipo M situata a 40 anni luce dalla Terra) conteneva non meno di sette pianeti rocciosi. Ugualmente eccitante è stato il fatto che tre di questi pianeti sono stati trovati all'interno della zona abitabile della stella (HZ), e che il sistema stesso ha avuto 8 miliardi di anni per sviluppare la chimica della vita.

Allo stesso tempo, il fatto che questi pianeti orbitino strettamente attorno a una stella nana rossa ha fatto sorgere dubbi sul fatto che questi tre pianeti potrebbero mantenere un'atmosfera o acqua liquida per molto tempo. Secondo una nuova ricerca di un team internazionale di astronomi, tutto si riduce alla composizione del disco di detriti da cui si sono formati i pianeti e se le comete fossero o meno in giro per distribuire l'acqua in seguito.

Il team responsabile di questa ricerca è stato guidato da Sebastian Marino del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) e comprendeva membri dell'Università di Cambridge, l'Università di Warwick, l'Università di Birmingham, l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e l'MPIA. Lo studio che descrive i loro risultati è apparso di recente nel Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .

In termini di come è nato il sistema solare, gli astronomi sono del parere generale che si sia formato oltre 4,6 miliardi di anni fa da una nebulosa di gas, polvere e volatili (AKA l'Ipotesi Nebulare). Questa teoria vuole che questi elementi si siano fusi prima nel centro, subire un collasso gravitazionale per creare il sole. Col tempo, il resto del materiale ha formato un disco attorno al sole che alla fine si è accresciuto per formare i pianeti.

All'interno dei confini esterni del sistema solare, gli oggetti rimasti dalla formazione si depositarono in una grande cintura contenente grandi quantità di iceteroidi, altrimenti nota come cintura di Kuiper. In accordo con la teoria del bombardamento tardivo, l'acqua è stata distribuita sulla Terra e in tutto il sistema solare da innumerevoli comete e oggetti ghiacciati che sono stati buttati fuori da questa cintura e inviati a ostacoli verso l'interno.

Se il sistema TRAPPIST-1 ha una propria fascia di Kuiper, allora è logico che sia stato coinvolto un processo simile. In questo caso, le perturbazioni gravitazionali avrebbero causato l'espulsione di oggetti dalla cintura che si sarebbero poi spostati verso i sette pianeti per depositare acqua sulla loro superficie. In combinazione con le giuste condizioni atmosferiche, i tre pianeti nell'HZ della stella potrebbero essere stati sufficienti quantità di acqua sulla loro superficie.

Come ha spiegato il Dr. Marino a Universe Today via e-mail:"La presenza di una cintura indica che un sistema ha un grande serbatoio di sostanze volatili e acqua. Questo serbatoio è tipicamente situato più lontano nelle regioni fredde di un sistema, però, ci sono diversi processi che potrebbero portare una frazione di quel materiale ricco di acqua vicino ai pianeti HZ e fornire il loro contenuto. Trovare una cintura di comete è un'indicazione che il serbatoio esisteva in primo luogo".

Però, Il Dr. Marino ha anche aggiunto l'avvertenza che l'assenza di una tale cintura attorno alle stelle oggi non è la prova che un sistema non avrebbe un'adeguata fornitura di acqua per sostenere la vita. È del tutto possibile che i sistemi che avevano una tale cintura inizialmente li perdessero dopo miliardi di anni di evoluzione a causa di eventi dinamici. È anche possibile che diventino troppo deboli per essere rilevati poiché le cinture diventano naturalmente meno massicce e luminose nel tempo.

Per cercare un segno di una cintura exo-Kuiper attorno al sistema TRAPPIST-1, il team si è basato sui dati raccolti dall'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Questo array è rinomato per la sua capacità di rilevare oggetti che emettono radiazioni elettromagnetiche tra le lunghezze d'onda infrarosse e radio con un alto grado di sensibilità.

Ciò consente ad ALMA di visualizzare i grani di polvere e gli elementi volatili (come il monossido di carbonio) che caratterizzano le fasce di detriti. Questi sono generalmente troppo deboli per essere visti alla luce visibile, ma emettono radiazioni termiche a causa del calore che assorbono dalla rispettiva stella. Nonostante la sensibilità di ALMA, il team non ha trovato prove di una cintura exo-Kuiper intorno a TRAPPIST-1.

"Sfortunatamente, non l'abbiamo rilevato intorno a TRAPPIST-1, ma i nostri limiti superiori ci hanno permesso di escludere che il sistema avesse inizialmente una massiccia cintura di grandi comete a una distanza simile alla fascia di Kuiper, — disse il dottor Marino. — È possibile, anche se, che il sistema si è effettivamente formato con una tale cintura, ma è stato completamente interrotto da un'instabilità dinamica nel sistema."

Concludono inoltre che il sistema TRAPPIST-1 potrebbe essere nato con un disco planetario di raggio inferiore a 40 AU e con meno di 20 masse terrestri di materiali. Inoltre, teorizzano che la maggior parte dei granelli di polvere nel disco sarebbero stati probabilmente trasportati verso l'interno e utilizzati per formare i sette pianeti che compongono il sistema planetario.

Il Dr. Marino e i suoi colleghi hanno anche usato il loro codice di modellazione per esaminare i dati d'archivio ALMA su Proxima Centauri e il suo sistema di esopianeti, che includono la rocciosa e potenzialmente abitabile Proxima b e la nuova super-Terra Proxima c. Nel 2017, I dati ALMA sono stati utilizzati per confermare l'esistenza di una cintura di polvere fredda e detriti lì, che è stato visto come una possibile indicazione che la stella avesse più esopianeti.

Anche qui, i loro risultati hanno mostrato solo limiti superiori all'emissione di gas e polveri, il che implicherebbe che il giovane disco di Proxima Centauri è massiccio circa un decimo di quello che ha formato il nostro sistema solare. Come ha spiegato il dottor Marino, questo studio solleva diverse domande sui sistemi stellari di piccola massa:

"Se continuassimo a scoprire che questo tipo di sistema non ha enormi cinture cometarie, potrebbe significare che tutto il materiale utilizzato per formare queste comete è stato invece utilizzato per formare e far crescere i pianeti più vicini. È molto incerto cosa significhi per la composizione di quei pianeti, poiché dipende davvero da dove e come si sono formati quei pianeti. Giusto per sottolineare, questo tipo di cintura si trova intorno al 20% circa delle stelle vicine che sono come il sole o massicce/più luminose. Intorno a stelle di piccola massa, questo è stato molto più impegnativo, e conosciamo solo poche cinture intorno alle stelle M."

Ciò potrebbe essere dovuto a certe distorsioni che rendono più facile rilevare fasce più calde attorno a stelle più luminose rispetto a fasce fredde attorno a stelle di tipo M, aggiunge il dottor Marino. Potrebbe anche essere il risultato di qualche differenza intrinseca tra l'architettura dei sistemi planetari attorno a stelle simili al sole (di tipo G o più luminose) e quelli che orbitano attorno a nane rosse.

In breve, questi risultati lasciano un mistero la questione di come l'acqua fosse stata trasportata all'inizio attraverso i sistemi stellari di tipo M. Allo stesso tempo, hanno incoraggiato il dottor Marino ei suoi colleghi ad applicare le loro tecniche a sistemi stellari più giovani e più vicini al fine di perfezionare i loro modelli e aumentare la probabilità di rilevamenti.

Questi sforzi trarranno vantaggio anche da nuovi telescopi spaziali e terrestri che saranno online nei prossimi anni. "Alcuni telescopi di prossima generazione dovrebbero essere più sensibili, e quindi rilevare queste cinture se sono davvero lì, ma non abbastanza luminosi da rilevarli con gli attuali telescopi, " disse il dottor Marino.

Come per altre scoperte, questi risultati mostrano come gli studi sugli esopianeti abbiano compiuto il passaggio dal processo di scoperta al processo di caratterizzazione. Con miglioramenti nella strumentazione e nella metodologia, stiamo cominciando a vedere quanto diversi e differenziati possano essere altri tipi di sistemi stellari dal nostro.