Illustrazione artistica della super-Terra Kepler-138 d in primo piano, a sinistra Kepler-138 c, sullo sfondo Kepler 138 b mentre transita la stella centrale. Kepler 138 è una stella nana rossa situata a 218 anni luce dalla Terra. La bassa densità di Kepler-138 c e Kepler-138 d, di dimensioni quasi identiche, suggerisce che siano composti in gran parte da acqua. Credits: NASA, ESA e Leah Hustak (STScI)
Di recente, i dati dei telescopi Hubble e Spitzer della NASA hanno suggerito ai ricercatori che due esopianeti in orbita attorno a una stella nana rossa potrebbero essere mondi acquatici. Si tratterebbe, cioè di esopianeti in cui l’acqua costituisce gran parte dell’intero corpo celeste.
Il team che si è occupato della ricerca è stato guidato da Caroline Piaulet del Trottier Institute for Research on Exoplanets, dell’Università di Montreal. Lo studio dettagliato, pubblicato sulla rivista Nature Astronomy, riguarda il sistema planetario noto come Kepler-138, a 218 anni luce da noi in direzione della costellazione della Lira.
Kepler-138 contiene una stella di tipo nana rossa e due esopianeti Kepler-138 c e Kepler 138-d, scoperti in passato con il Kepler Space Telescope della NASA. Questi due mondi hanno un compagno più piccolo e lontano dalla stella, Kepler-138 b, e dai dati di Hubble e Spitzer sembrerebbe poterci essere anche un quarto pianeta nel sistema. Ma non solo: secondo lo studio, una frazione significativa del loro volume, fino alla metà, dovrebbe essere costituita da materiale probabilmente acquoso.
Un pianeta acquatico, o oceanico, contiene una notevole quantità d’acqua sotto forma di oceani, siano essi sotto o sopra la superficie. Finora, la Terra è l’unico oggetto astronomico conosciuto con oceani di acqua liquida sulla superficie, sebbene siano stati trovati diversi esopianeti con le giuste condizioni per avere acqua liquida. La tecnologia attuale non può però osservare direttamente l’acqua superficiale liquida degli esopianeti, perciò si cerca il vapore acqueo nella loro atmosfera.
I pianeti che si sono formati nelle regioni esterne e ricche di acqua di un disco protoplanetario, e che sono poi migrati verso l’interno, hanno maggiori probabilità di presentare un’abbondanza d’acqua. Poiché l’acqua è altamente solubile nel magma, una grande frazione del contenuto di un mondo oceanico è inizialmente intrappolata nel mantello. Mentre il pianeta si raffredda dopo la sua formazione, e il mantello inizia a solidificarsi, grandi quantità di acqua (tra il 60% e il 99% della quantità totale nel mantello) si dissolvono per formare un’atmosfera di vapore, che alla fine può condensarsi per formare un oceano.
La formazione degli oceani richiede una fonte di calore: decadimento radioattivo, riscaldamento delle maree o luminosità della stella ospite.
Con volumi più di tre volte quelli della Terra e masse due volte più grandi, i pianeti Kepler-138 c e d hanno densità molto più basse della Terra. Qualcosa di sorprendente: la maggior parte dei pianeti appena più grandi della Terra che sono stati studiati in dettaglio finora, sembravano tutti mondi rocciosi come il nostro.
Confrontando le dimensioni e le masse dei pianeti con i modelli, gli astronomi hanno concluso che una frazione significativa del loro volume (fino alla metà) dovrebbe essere costituita da materiali che sono più leggeri della roccia, ma più pesanti dell’idrogeno o dell’elio. Il più comune di questi materiali candidati è l’acqua.
Tuttavia, l’acqua non è stata rilevata direttamente su Kepler-138 c e d. Anzi, i ricercatori avvertono che i pianeti potrebbero non avere oceani come quelli sulla Terra, disposti sulla superficie del pianeta. Con i dati di Hubble e Spitzer, raccolti tra il 2014 e il 2016, gli esperti hanno ipotizzato che la temperatura nell’atmosfera di Kepler-138 d sia probabilmente superiore al punto di ebollizione dell’acqua. Ci si aspetta, perciò, un’atmosfera densa e fatta di vapore. Sotto di essa potrebbe esserci acqua liquida ad alta pressione, o addirittura acqua in un’altra fase che si verifica ad alte pressioni (fluido supercritico). Björn Benneke, coautore dello studio e professore di astrofisica presso l’Università di Montreal, ha spiegato:
In precedenza pensavamo che i pianeti un po’ più grandi della Terra fossero grandi sfere di metallo e roccia, come versioni ingrandite della Terra. È per questo che li abbiamo chiamati super-Terre. Tuttavia, ora abbiamo dimostrato che questi due pianeti, Kepler-138 c e d, sono di natura abbastanza diversa e che una grande frazione del loro intero volume è probabilmente composta da acqua. È la migliore prova finora per i mondi acquatici, un tipo di pianeta che è stato teorizzato dagli astronomi per esistere per molto tempo.
I due possibili mondi acquatici non si trovano nella zona abitabile, ovvero l’area attorno a una stella dove le temperature consentirebbero l’acqua liquida sulla superficie di un pianeta roccioso. Tuttavia, nei dati di Hubble e Spitzer i ricercatori hanno trovato prove di un nuovo pianeta nel sistema, Kepler-138 e, che si troverebbe invece nella zona abitabile.
Questo pianeta sarebbe più piccolo e lontano dalla stella rispetto agli altri tre. Impiegherebbe 38 giorni per completare un’orbita, ma poiché non si è visto transitare sulla sua stella ospite, non è stato possibile stimarne le dimensioni. Da alcune approssimazioni e ipotesi, tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che i due mondi acquatici Kepler-138 c e d sono pianeti “gemelli”. Avrebbero le stesse dimensioni e la stessa massa, mentre in precedenza si pensava fossero drasticamente diversi. Il pianeta più vicino, Kepler-138 b, è confermato essere un piccolo pianeta di massa marziana, uno dei più piccoli esopianeti conosciuti fino a oggi.
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