Questa è un'impressione artistica della grandezza della Terra, esopianeta roccioso GJ 1132 b, situato a 41 anni luce di distanza attorno a una stella nana rossa. Gli scienziati che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA hanno trovato prove che questo pianeta potrebbe aver perso la sua atmosfera originale ma ne ha acquisita una seconda che contiene una miscela tossica di idrogeno, metano e acido cianidrico. Hubble ha rilevato le "impronte digitali" di questi gas mentre la luce della stella madre filtrava attraverso l'atmosfera dell'esopianeta. Il pianeta è troppo lontano e troppo debole per essere fotografato da Hubble. Questo illustra ciò che gli astronomi credono stia accadendo in questo mondo remoto. Sotto lo smog del pianeta, atmosfera nebbiosa, potrebbe esserci una crosta sottile spessa solo poche centinaia di piedi. La lava fusa sotto la superficie trasuda continuamente attraverso le fessure vulcaniche. I gas che filtrano attraverso queste fessure sembrano rifornire costantemente l'atmosfera, che altrimenti verrebbe spazzato via dalle radiazioni vesciche della stella vicina del pianeta. L'attrazione gravitazionale di un altro pianeta nel sistema probabilmente frattura la superficie di GJ 1132 b per assomigliare a un guscio d'uovo incrinato. Questa è la prima volta che viene rilevata una cosiddetta "atmosfera secondaria" su un pianeta al di fuori del nostro sistema solare. Credito:NASA, ESA, e R. Hurt (IPAC/Caltech)
L'orbita di una nana rossa a 41 anni luce di distanza è una stella grande quanto la Terra, esopianeta roccioso chiamato GJ 1132 b. In alcuni modi, GJ 1132 b ha intriganti parallelismi con la Terra, ma per altri versi è molto diverso. Una delle differenze è che è smog, atmosfera nebbiosa contiene una miscela tossica di idrogeno, metano e acido cianidrico. Gli scienziati che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA hanno trovato prove che questa non è l'atmosfera originale del pianeta, e che il primo è stato spazzato via dalle radiazioni vesciche della vicina stella madre di GJ 1132 b. Si pensa che la cosiddetta "atmosfera secondaria" si sia formata quando la lava fusa sotto la superficie del pianeta trasuda continuamente attraverso le fessure vulcaniche. I gas che filtrano attraverso queste fessure sembrano rifornire costantemente l'atmosfera, che altrimenti verrebbe anche strappato via dalla stella. Questa è la prima volta che viene rilevata un'atmosfera secondaria su un mondo al di fuori del nostro sistema solare.
Gli scienziati che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA hanno trovato prove che un pianeta in orbita attorno a una stella lontana potrebbe aver perso la sua atmosfera ma averne guadagnato una seconda a causa dell'attività vulcanica.
Il pianeta, GJ 1132b, si ipotizza che sia iniziato come un mondo gassoso con una spessa coltre di idrogeno nell'atmosfera. Partendo da diverse volte il diametro della Terra, si ritiene che questo cosiddetto "sub-Nettuno" abbia perso rapidamente la sua atmosfera primordiale di idrogeno ed elio a causa dell'intensa radiazione del caldo, giovane stella orbita. In un breve lasso di tempo, un tale pianeta sarebbe ridotto a un nucleo nudo delle dimensioni della Terra. È stato allora che le cose si sono fatte interessanti.
Con sorpresa degli astronomi, Hubble osservò un'atmosfera che, secondo la loro teoria, è una "atmosfera secondaria" che è presente ora. Sulla base di una combinazione di prove osservative dirette e inferenza attraverso la modellazione al computer, il team riferisce che l'atmosfera è costituita da idrogeno molecolare, acido cianidrico, metano e contiene anche una foschia di aerosol. I modelli suggeriscono che la foschia dell'aerosol si basa su idrocarburi prodotti fotochimicamente, simile allo smog sulla Terra.
Gli scienziati interpretano l'attuale idrogeno atmosferico in GJ 1132 b come idrogeno dall'atmosfera originale che è stato assorbito nel mantello di magma fuso del pianeta e viene ora rilasciato lentamente attraverso processi vulcanici per formare una nuova atmosfera. Si ritiene che l'atmosfera che vediamo oggi sia continuamente reintegrata per bilanciare l'idrogeno che fuoriesce nello spazio.
"È super eccitante perché crediamo che l'atmosfera che vediamo ora sia stata rigenerata, quindi potrebbe essere un'atmosfera secondaria, " ha detto la coautrice dello studio Raissa Estrela del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA nel sud della California. "Prima pensavamo che questi pianeti altamente irradiati potessero essere piuttosto noiosi perché credevamo che avessero perso le loro atmosfere. Ma abbiamo esaminato le osservazioni esistenti di questo pianeta con Hubble e abbiamo detto:'Oh no, c'è un'atmosfera lì.'"
I risultati potrebbero avere implicazioni per altri esopianeti, pianeti oltre il nostro sistema solare.
"Quanti pianeti terrestri non iniziano come terrestri? Alcuni possono iniziare come sub-Nettuno, e diventano terrestri attraverso un meccanismo che foto-evapora l'atmosfera primordiale. Questo processo funziona presto nella vita di un pianeta, quando la stella è più calda, " ha detto l'autore principale Mark Swain di JPL. "Poi la stella si raffredda e il pianeta è semplicemente seduto lì. Quindi hai questo meccanismo in cui puoi cucinare fuori dall'atmosfera nei primi 100 milioni di anni, e poi le cose si sistemano. E se riesci a rigenerare l'atmosfera, forse puoi tenerlo."
Questo grafico mostra lo spettro dell'atmosfera di un pianeta delle dimensioni della Terra, esopianeta roccioso, GJ 1132 b. La linea arancione rappresenta lo spettro del modello. In confronto, lo spettro osservato è mostrato come punti blu che rappresentano punti dati medi, insieme alle loro barre di errore. Questa analisi è coerente con GJ 1132 b essendo prevalentemente un'atmosfera di idrogeno con una miscela di metano e acido cianidrico. Il pianeta ha anche aerosol che causano la dispersione della luce. Questa è la prima volta che una cosiddetta "atmosfera secondaria, " che è stato ricostituito dopo che il pianeta ha perso la sua atmosfera primordiale, è stato rilevato su un mondo al di fuori del nostro sistema solare. Credito:NASA, ESA, e P. Jeffries (STScI)
In qualche modo GJ 1132 b, situato a circa 41 anni luce dalla Terra, ha allettanti paralleli con la Terra, ma per certi versi è molto diverso. Entrambi hanno densità simili, dimensioni simili, e età simili, avere circa 4,5 miliardi di anni. Entrambi iniziarono con un'atmosfera dominata dall'idrogeno, ed entrambi erano caldi prima di raffreddarsi. Il lavoro del team suggerisce persino che GJ 1132 b e la Terra abbiano una pressione atmosferica simile in superficie.
Ma i pianeti hanno storie di formazione profondamente diverse. Non si crede che la Terra sia il nucleo sopravvissuto di un sub-Nettuno. E la Terra orbita a una distanza confortevole dal nostro Sole. GJ 1132 b è così vicino alla sua stella nana rossa che completa un'orbita attorno alla sua stella ospite una volta al giorno e mezzo. Questa vicinanza estremamente ravvicinata mantiene il GJ 1132 b in rotazione sincrona, mostrando sempre la stessa faccia alla sua stella, proprio come la nostra Luna mantiene un emisfero permanentemente rivolto verso la Terra.
"La domanda è, cosa mantiene il mantello abbastanza caldo da rimanere liquido e alimentare il vulcanismo?", ha chiesto Swain. "Questo sistema è speciale perché ha l'opportunità di un notevole riscaldamento delle maree".
Il riscaldamento delle maree è un fenomeno che si verifica per attrito, quando l'energia dall'orbita e dalla rotazione di un pianeta viene dispersa sotto forma di calore all'interno del pianeta. GJ 1132 b è in un'orbita ellittica, e le forze di marea che agiscono su di essa sono più forti quando è più vicina o più lontana dalla sua stella ospite. Almeno un altro pianeta nel sistema della stella ospite attrae gravitazionalmente il pianeta.
Le conseguenze sono che il pianeta viene schiacciato o stirato attraverso questo "pompaggio" gravitazionale. Quel riscaldamento a marea mantiene il mantello liquido per lungo tempo. Un esempio vicino nel nostro sistema solare è la luna di Giove Io, che ha una continua attività vulcanica a causa di un tiro alla fune di marea da Giove e dalle vicine lune di Giove.
Dato l'interno caldo di GJ 1132 b, il team crede che il pianeta sia più fresco, la crosta sovrastante è estremamente sottile, forse solo centinaia di piedi di spessore. È troppo debole per supportare qualcosa che assomigli a montagne vulcaniche. Il suo terreno piatto può anche essere rotto come un guscio d'uovo a causa della flessione della marea. L'idrogeno e altri gas potrebbero essere rilasciati attraverso tali crepe.
Il prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA ha la capacità di osservare questo esopianeta. La visione a infrarossi di Webb potrebbe consentire agli scienziati di vedere fino alla superficie del pianeta. "Se ci sono pozze di magma o vulcanismo in corso, quelle zone saranno più calde, " ha spiegato Swain. "Questo genererà più emissioni, e quindi esamineranno potenzialmente l'effettiva attività geologica, il che è eccitante!"
I risultati del team saranno pubblicati in un prossimo numero di Il Giornale Astronomico .
