Probabilmente alcuni dei più strani, pianeti più estremi tra gli oltre 4, 000 esopianeti scoperti fino ad oggi sono le calde super-Terre:rocciose, mondi incandescenti che si avvicinano così precariamente alle stelle che li ospitano che alcune delle loro superfici sono probabilmente mari fusi di lava fusa.

Questi mondi infuocati, delle dimensioni della Terra, sono conosciuti in modo più evocativo come "pianeti di lava-oceano, " e gli scienziati hanno osservato che una manciata di queste super-Terre calde sono insolitamente luminose, e in effetti più luminoso del nostro brillante pianeta blu.

Il motivo esatto per cui queste palle di fuoco lontane sono così luminose non è chiaro, ma nuove prove sperimentali degli scienziati del MIT mostrano che il bagliore inaspettato di questi mondi probabilmente non è dovuto né alla lava fusa né al vetro raffreddato (cioè lava rapidamente solidificata) sulle loro superfici.

I ricercatori sono giunti a questa conclusione dopo aver interrogato il problema in modo piacevolmente diretto:sciogliendo le rocce in una fornace e misurando la luminosità della lava risultante e del vetro raffreddato, che hanno poi usato per calcolare la luminosità delle regioni di un pianeta ricoperte di materiale fuso o solidificato. I loro risultati hanno rivelato che lava e vetro, almeno come prodotto dei materiali che hanno fuso in laboratorio, non sono abbastanza riflettenti per spiegare la luminosità osservata di certi pianeti di lava-oceano.

Le loro scoperte suggeriscono che le super-Terre calde possono avere altre caratteristiche sorprendenti che contribuiscono alla loro luminosità, come atmosfere ricche di metalli e nuvole altamente riflettenti.

"Abbiamo ancora così tanto da capire su questi pianeti di lava-oceano, "dice Zahra Essack, uno studente laureato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e Scienze Planetarie. "Abbiamo pensato a loro come solo palle di roccia incandescenti, ma questi pianeti possono avere sistemi complessi di processi superficiali e atmosferici che sono piuttosto esotici, e niente che abbiamo mai visto prima."

Essack è il primo autore di uno studio che dettaglia i risultati del team, che appare oggi in Il Giornale Astrofisico . I suoi coautori sono l'ex postdoc del MIT Mihkel Pajusalu, che è stato determinante nella configurazione iniziale dell'esperimento, e Sara Seager, la classe del 1941 Professore di Scienze Planetarie, con incarichi nei dipartimenti di Fisica e Aeronautica e Astronautica.

Più che palline di carbone

Le super-Terre calde hanno tra una e 10 volte la massa della Terra, e hanno periodi orbitali estremamente brevi, girando intorno alla loro stella ospite in soli 10 giorni o meno. Gli scienziati si aspettavano che questi mondi di lava sarebbero stati così vicini alla loro stella ospite che qualsiasi atmosfera e nuvole apprezzabili sarebbero state strappate via. Le loro superfici di conseguenza sarebbero almeno 850 kelvin, o 1, 070 gradi Fahrenheit, abbastanza caldo da coprire la superficie degli oceani di roccia fusa.

Gli scienziati hanno precedentemente scoperto una manciata di super-Terre con albedo inaspettatamente alto, o luminosità, in cui riflettevano tra il 40 e il 50 percento della luce della loro stella. In confronto, l'albedo della Terra, con tutte le sue superfici riflettenti e nuvole, è solo del 30% circa.

"Ti aspetteresti che questi pianeti di lava siano una specie di sfere di carbone che orbitano nello spazio, molto scure, non molto brillante, " Dice Essack. "Allora cosa li rende così brillanti?"

Un'idea è stata che la lava stessa potrebbe essere la principale fonte di luminosità dei pianeti, anche se non c'era mai stata alcuna prova, sia nelle osservazioni che negli esperimenti.

"Quindi, essendo persone del MIT, abbiamo deciso, ok, dovremmo fare un po' di lava e vedere se è brillante o no, " dice Sasso.

Fare la lava

Per prima fare la lava, il team aveva bisogno di una fornace che potesse raggiungere temperature abbastanza elevate da fondere basalto e feldspato, i due tipi di roccia che hanno scelto per i loro esperimenti, in quanto sono materiali ben caratterizzati che sono comuni sulla Terra.

Come risulta, inizialmente non hanno dovuto guardare oltre la fonderia del MIT, uno spazio all'interno del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, dove metallurgisti qualificati aiutano studenti e ricercatori a fondere i materiali nella fornace della fonderia per progetti di ricerca e di classe.

Essack portò campioni di feldspato alla fonderia, dove i metallurgisti determinavano il tipo di crogiolo in cui collocarli, e le temperature a cui devono essere riscaldati.

"Lo lasciano cadere nella fornace, lascia che le rocce si sciolgano, tiralo fuori, e poi l'intero posto si trasforma in una fornace stessa:fa molto caldo, " Dice Essack. "Ed è stata un'esperienza incredibile stare accanto a questa lava luminosa e incandescente, sentire quel calore."

Però, l'esperimento si scontrò rapidamente con un ostacolo:la lava, una volta tirato fuori dalla fornace, quasi istantaneamente raffreddato in un liscio, materiale vetroso. Il processo è avvenuto così rapidamente che Essack non è stato in grado di misurare la riflettività della lava mentre era ancora fusa.

Quindi ha portato il vetro feldspato raffreddato in un laboratorio di spettroscopia che ha progettato e implementato nel campus per misurarne la riflettanza, illuminando il vetro da diverse angolazioni e misurando la quantità di luce riflessa dalla superficie. Ha ripetuto questi esperimenti per il vetro di basalto raffreddato, campioni dei quali sono stati donati dai colleghi della Syracuse University che gestiscono il progetto Lava. Seager li visitò alcuni anni fa per una versione preliminare dell'esperimento, e a quel tempo raccoglieva campioni di basalto ora usati per gli esperimenti di Essack.

"Folsero un enorme mucchio di basalto e lo versarono giù per un pendio, e lo hanno scheggiato per noi, "dice Seager.

Dopo aver misurato la brillantezza del vetro di basalto e feldspato raffreddato, Essack ha esaminato la letteratura per trovare misurazioni della riflettività dei silicati fusi, che sono un componente importante della lava sulla Terra. Ha usato queste misurazioni come riferimento per calcolare quanto brillante sarebbe stata la lava iniziale dal basalto e dal vetro feldspatico. Quindi stimò la luminosità di una super-Terra calda ricoperta interamente di lava o di vetro raffreddato, o combinazioni dei due materiali.

Alla fine, ha scoperto che, indipendentemente dalla combinazione di materiali di superficie, l'albedo di un pianeta di lava-oceano non sarebbe superiore a circa il 10 percento, piuttosto scuro rispetto al 40-50 percento di albedo osservato per alcune super-Terre calde.

"Questo è abbastanza scuro rispetto alla Terra, e non abbastanza per spiegare la luminosità dei pianeti che ci interessavano, " dice Sasso.

Questa realizzazione ha ristretto il campo di ricerca per interpretare le osservazioni, e indirizza gli studi futuri a considerare altre possibilità esotiche, come la presenza di atmosfere ricche di metalli riflettenti.

"Non siamo sicuri al 100% di cosa siano fatti questi pianeti, quindi stiamo restringendo lo spazio dei parametri e guidando gli studi futuri verso tutte queste altre potenziali opzioni, " dice Sasso.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.