Il sistema solare TRAPPIST-1 ha generato un’ondata di interesse quando è stato osservato diversi anni fa. Nel 2016, gli astronomi utilizzando il Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) presso l'Osservatorio di La Silla in Cile hanno rilevato due pianeti rocciosi in orbita attorno alla stella nana rossa, che ha preso il nome TRAPPIST-1. Poi, nel 2017, un'analisi più approfondita ha trovato altri cinque pianeti rocciosi.
È stata una scoperta notevole, soprattutto perché fino a quattro di essi potrebbero trovarsi alla giusta distanza dalla stella per avere acqua liquida.
Il sistema TRAPPIST-1 riceve ancora molta attenzione scientifica. I potenziali pianeti simili alla Terra nella zona abitabile di una stella sono come calamite per gli scienziati planetari.
Trovarne sette in un unico sistema è un’opportunità scientifica unica per esaminare tutti i tipi di domande interconnesse sull’abitabilità degli esopianeti. TRAPPIST-1 è una nana rossa e una delle domande più importanti sull'abitabilità degli esopianeti riguarda le nane rosse (nane M). Queste stelle e i loro potenti brillamenti allontanano le atmosfere dai loro pianeti?
Nuova ricerca accettata per la pubblicazione sul Planetary Science Journal e disponibile sul server di prestampa arXiv , esamina la fuga atmosferica sui pianeti TRAPPIST-1. Il suo titolo è "Le implicazioni della fuga atmosferica idrodinamica termica sui pianeti TRAPPIST-1". Megan Gialluca, una studentessa laureata presso il Dipartimento di Astronomia e Astrobiologia dell'Università di Washington, è l'autrice principale.
La maggior parte delle stelle della Via Lattea sono nane M. Come chiarisce TRAPPIST-1, possono ospitare molti pianeti terrestri. I pianeti grandi, delle dimensioni di Giove, sono relativamente rari attorno a questo tipo di stelle.
È una chiara possibilità che la maggior parte dei pianeti terrestri siano in orbita attorno alle nane M.
Ma il flaring nano M è un problema noto. Sebbene le nane M siano molto meno massicce del nostro Sole, i loro bagliori sono molto più energetici di qualsiasi cosa provenga dal sole. Alcuni brillamenti nani M possono raddoppiare la luminosità della stella in pochi minuti.
Un altro problema è il blocco delle maree. Poiché le nane M emettono meno energia, le loro zone abitabili sono molto più vicine delle zone attorno a una stella della sequenza principale come il nostro Sole. Ciò significa che i pianeti potenzialmente abitabili hanno molte più probabilità di essere bloccati in modo mareale rispetto alle loro stelle.
Ciò crea tutta una serie di ostacoli all’abitabilità. Un lato del pianeta sopporterebbe il peso dell’esplosione e sarebbe riscaldato, mentre l’altro lato sarebbe perennemente buio e freddo. Se c'è un'atmosfera, potrebbero esserci venti estremamente potenti.
"Poiché le nane M sono le stelle più comuni nel nostro quartiere stellare locale, se i loro sistemi planetari possano ospitare la vita è una questione chiave in astrobiologia che potrebbe essere suscettibile di test osservativi a breve termine", scrivono gli autori. "Obiettivi planetari terrestri di interesse per la caratterizzazione atmosferica con ospiti nani M potrebbero essere accessibili con il JWST", spiegano.
Sottolineano inoltre che anche i futuri grandi telescopi terrestri come l'European Extremely Large Telescope e il Giant Magellan Telescope potrebbero aiutare, ma mancano anni prima che diventino operativi.
Le nane rosse e i loro pianeti sono più facili da osservare rispetto ad altre stelle e ai loro pianeti. Le nane rosse sono piccole e fioche, il che significa che la loro luce non soffoca i pianeti tanto quanto fanno le altre stelle della sequenza principale. Ma nonostante la loro minore luminosità e le dimensioni ridotte, presentano sfide all'abitabilità.
Le nane M hanno una fase pre-sequenza principale più lunga rispetto alle altre stelle e durante questo periodo raggiungono la loro massima luminosità. Una volta nella sequenza principale, hanno intensificato l'attività stellare rispetto a stelle come il nostro sole. Entrambi questi fattori possono allontanare le atmosfere dai pianeti vicini. Anche senza flaring, il pianeta più vicino a TRAPPIST-1 (T-1 di seguito) riceve quattro volte più radiazioni della Terra.
"Oltre all'evoluzione della luminosità, l'intensificata attività stellare aumenta anche l'XUV stellare delle stelle nane M, che aumenta la perdita atmosferica", scrivono gli autori. Ciò può anche rendere difficile la comprensione degli spettri delle atmosfere planetarie creando falsi positivi delle firme biologiche. Si prevede che gli esopianeti attorno ai nani M abbiano atmosfere spesse dominate da ossigeno abiotico.
Nonostante le sfide, il sistema T-1 rappresenta una grande opportunità per studiare le nane M, la fuga atmosferica e l’abitabilità dei pianeti rocciosi. "TRAPPIST-1 è un obiettivo ad alta priorità per le osservazioni generali e del tempo garantito JWST", scrivono gli autori. Il JWST ha osservato parti del sistema T-1 e questi dati fanno parte di questo lavoro.
In questo lavoro, i ricercatori hanno simulato le prime atmosfere per ciascuno dei pianeti TRAPPIST-1 (T-1 in seguito), comprese diverse quantità iniziali di acqua espresse negli oceani terrestri (TO). Hanno anche modellato diverse quantità di radiazione stellare nel tempo. Le loro simulazioni hanno utilizzato i dati più recenti per i pianeti T-1 e una varietà di diversi percorsi di evoluzione planetaria.
I risultati non sono buoni, soprattutto per i pianeti più vicini alla nana rossa.
"Troviamo che i pianeti interni T1-b, c e d sono probabilmente essiccati per tutto tranne il più grande contenuto iniziale di acqua (>60, 50 e 30 TO, rispettivamente) e sono a maggior rischio di completa perdita atmosferica a causa della loro vicinanza alla stella ospite", spiegano i ricercatori. Tuttavia, a seconda del loro TO iniziale, potrebbero trattenere una quantità significativa di ossigeno. Quell'ossigeno potrebbe essere un falso positivo per le firme biologiche.
I pianeti esterni se la passano un po’ meglio. Potrebbero trattenere parte della loro acqua a meno che la loro acqua iniziale non fosse bassa a circa 1 TO. "Troviamo che T1-e, f, g e h perdono, al massimo, circa 8,0, 4,8, 3,4 e 0,8 TO, rispettivamente", scrivono. Questi pianeti esterni probabilmente hanno anche più ossigeno dei pianeti interni. Poiché T1-e, f e g si trovano nella zona abitabile della stella, è un risultato interessante.
Il T-1c è di particolare interesse perché, nelle loro simulazioni, trattiene la maggior parte dell'ossigeno atmosferico indipendentemente dal fatto che il TO iniziale fosse alto o basso.
La potenziale abitabilità dei pianeti T-1 è una questione importante nella scienza degli esopianeti. Il tipo di stella, il numero di pianeti rocciosi e la facilità di osservazione lo collocano in cima alla lista degli obiettivi osservativi. Non comprenderemo mai veramente l’abitabilità degli esopianeti se non riusciamo a comprendere questo sistema. L'unico modo per capirlo meglio è osservarlo più a fondo.
"Queste conclusioni motivano le osservazioni di follow-up alla ricerca della presenza di vapore acqueo o ossigeno su T1-c e le future osservazioni dei pianeti esterni nel sistema TRAPPIST-1, che potrebbero possedere una notevole quantità di acqua", scrivono gli autori nella loro conclusione.
Ulteriori informazioni: Megan T. Gialluca et al, Le implicazioni della fuga atmosferica idrodinamica termica sui pianeti TRAPPIST-1, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2405.02401
Informazioni sul giornale: Il giornale delle scienze planetarie , arXiv
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