Situato a 163 anni luce dalla Terra, un esopianeta delle dimensioni di Giove chiamato WASP-69b offre agli astrofisici una finestra sui processi dinamici che modellano i pianeti in tutta la galassia. La stella attorno alla quale orbita sta cuocendo e portando via l'atmosfera del pianeta, e l'atmosfera sfuggita viene scolpita dalla stella in un'enorme coda simile a una cometa lunga almeno 350.000 miglia.
Sono un astrofisico. Il mio gruppo di ricerca ha pubblicato un articolo sull'Astrophysical Journal descrivendo come e perché si è formata la coda di WASP-69b e cosa la sua formazione può illuminare sugli altri tipi di pianeti che gli astronomi tendono a rilevare al di fuori del nostro sistema solare.
Quando guardi il cielo notturno, le stelle che vedi sono soli, con mondi distanti, conosciuti come esopianeti, che orbitano attorno ad essi. Negli ultimi 30 anni, gli astronomi hanno rilevato oltre 5.600 esopianeti nella nostra galassia, la Via Lattea.
Non è facile individuare un pianeta distante anni luce. I pianeti impallidiscono in confronto, sia per dimensioni che per luminosità, alle stelle attorno alle quali orbitano. Ma nonostante queste limitazioni, i ricercatori sugli esopianeti hanno scoperto una varietà sorprendente:dai piccoli mondi rocciosi appena più grandi della nostra Luna ai giganti gassosi così colossali da essere stati soprannominati "super-Giove".
Tuttavia, gli esopianeti più comuni rilevati dagli astronomi sono più grandi della Terra, più piccoli di Nettuno e orbitano attorno alle loro stelle più vicino di quanto Mercurio orbita attorno al nostro Sole.
Questi pianeti ultra-comuni tendono a rientrare in uno di due gruppi distinti:super-Terre e sub-Nettuno. Le Super-Terre hanno un raggio che è fino al 50% più grande del raggio terrestre, mentre i sub-Nettuno in genere hanno un raggio che è da due a quattro volte più grande del raggio terrestre.
Tra questi due intervalli di raggio c'è un divario, noto come "Radius Gap", in cui i ricercatori raramente trovano pianeti. Inoltre, i pianeti delle dimensioni di Nettuno che completano le orbite attorno alla loro stella in meno di quattro giorni sono estremamente rari. I ricercatori chiamano questo divario il "deserto caldo di Nettuno".
Alcuni processi astrofisici sottostanti devono impedire a questi pianeti di formarsi o sopravvivere.
Quando si forma una stella, attorno ad essa si forma un grande disco di polvere e gas. In quel disco si possono formare i pianeti. Man mano che i pianeti giovani aumentano di massa, possono accumulare significative atmosfere di gas. Ma man mano che la stella matura, inizia a emettere elevate quantità di energia sotto forma di radiazioni ultraviolette e di raggi X. Questa radiazione stellare può bruciare le atmosfere che i pianeti hanno accumulato in un processo chiamato fotoevaporazione.
Tuttavia, alcuni pianeti resistono a questo processo. I pianeti più massicci hanno una gravità più forte, che li aiuta a mantenere la loro atmosfera originale. Inoltre, i pianeti più lontani dalla stella non vengono colpiti da tanta radiazione, quindi la loro atmosfera si erode meno.
Quindi, forse una parte significativa delle super-Terre sono in realtà i nuclei rocciosi di pianeti la cui atmosfera è stata completamente spogliata, mentre i sub-Nettuno erano abbastanza massicci da conservare le loro atmosfere gonfie.
Per quanto riguarda il deserto caldo di Nettuno, la maggior parte dei pianeti delle dimensioni di Nettuno semplicemente non sono abbastanza massicci da resistere completamente al potere di spogliamento della loro stella se orbita troppo vicino. In altre parole, un sub-Nettuno in orbita attorno alla sua stella in quattro giorni o meno perderà rapidamente la sua intera atmosfera. Quando viene osservata, l'atmosfera è già andata perduta e ciò che rimane è un nudo nucleo roccioso:una super-Terra.
Per mettere alla prova questa teoria, gruppi di ricerca come il mio hanno raccolto prove osservative.
Entra in WASP-69b, un laboratorio unico per lo studio della fotoevaporazione. Il nome "WASP-69b" deriva dal modo in cui è stato scoperto. Era la 69a stella con un pianeta, b, trovata nell'indagine Wide Angle Search for Planets.
Nonostante abbia un raggio più grande del 10% rispetto a Giove, WASP-69b è in realtà più vicino alla massa di Saturno, molto più leggero:non è molto denso e ha solo circa il 30% della massa di Giove. In effetti, questo pianeta ha all'incirca la stessa densità di un pezzo di sughero.
Questa bassa densità deriva dalla sua orbita ultraravvicinata di 3,8 giorni attorno alla sua stella. Essendo così vicino, il pianeta riceve un'enorme quantità di energia, che lo fa riscaldare. Quando il gas si riscalda, si espande. Una volta che il gas si espande abbastanza, inizia a sfuggire definitivamente alla gravità del pianeta.
Quando abbiamo osservato questo pianeta, io e i miei colleghi abbiamo rilevato il gas elio che fuoriusciva rapidamente da WASP-69b, a circa 200.000 tonnellate al secondo. Ciò si traduce nella massa della Terra persa ogni miliardo di anni.
Nel corso della vita della stella, questo pianeta finirà per perdere una massa atmosferica totale equivalente a quasi 15 volte la massa della Terra. Sembra molto, ma WASP-69b ha circa 90 volte la massa della Terra, quindi anche a questa velocità estrema perderà solo una piccola frazione della quantità totale di gas di cui è composto.
Forse la cosa più sorprendente è la scoperta della lunga coda di elio di WASP-69b, che il mio team ha rilevato che si trascinava dietro il pianeta per almeno 350.000 miglia (circa 563.000 chilometri). Forti venti stellari, che sono un flusso costante di particelle cariche emesse dalle stelle, scolpiscono le code in questo modo. Questi venti di particelle penetrano nell'atmosfera in fuga e la modellano in una coda simile a una cometa dietro il pianeta.
Il nostro studio è in realtà il primo a suggerire che la coda di WASP-69b fosse così estesa. Osservazioni precedenti di questo sistema suggerivano che il pianeta avesse solo una coda modesta o addirittura nessuna coda.
Questa differenza probabilmente dipende da due fattori principali. Innanzitutto, ciascun gruppo di ricerca ha utilizzato strumenti diversi per effettuare le proprie osservazioni, il che potrebbe comportare livelli di rilevamento diversi. Oppure potrebbe esserci una reale variabilità nel sistema.
Una stella come il nostro sole ha un ciclo di attività magnetica, chiamato "ciclo solare". Il sole dura 11 anni. Durante gli anni di massima attività, il sole presenta più brillamenti, macchie solari e cambiamenti nel vento solare.
Per complicare ancora di più le cose, ogni ciclo è unico:non esistono due cicli solari uguali. Gli scienziati solari stanno ancora cercando di comprendere e prevedere meglio l'attività del nostro sole. Altre stelle hanno i propri cicli magnetici, ma gli scienziati non hanno ancora dati sufficienti per capirli.
Quindi la variabilità osservata per WASP-69b potrebbe derivare dal fatto che ogni volta che viene osservata, la stella ospite si comporta in modo diverso. Gli astronomi dovranno continuare a osservare questo pianeta di più in futuro per avere un'idea migliore di cosa sta succedendo esattamente.
Il nostro sguardo diretto alla perdita di massa di WASP-69b dice ai ricercatori di esopianeti come me di più su come funziona l'evoluzione planetaria. Ci fornisce prove in tempo reale della fuga atmosferica e supporta la teoria secondo cui i pianeti caldi di Nettuno e Radius Gap sono difficili da trovare perché semplicemente non sono abbastanza massicci da trattenere le loro atmosfere. E una volta che li perdono, tutto ciò che resta da osservare è un nucleo roccioso della super-Terra.
Lo studio WASP-69b evidenzia il delicato equilibrio tra la composizione di un pianeta e il suo ambiente stellare, modellando il diverso paesaggio planetario che osserviamo oggi. Mentre gli astronomi continuano a esplorare questi mondi lontani, ogni scoperta ci avvicina alla comprensione del complesso arazzo del nostro universo.
Informazioni sul giornale: Giornale astrofisico
Fornito da The Conversation
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