Salti da gigante nello studio degli esopianeti, è stata rilevata presenza di atmosfera attorno a un pianeta roccioso

A circa 41 anni luce di distanza dalla Terra, nella direzione della costellazione del Cancro, la stella 55 Cancri possiede un suo sistema planetario con almeno 5 esopianeti. 55 Cancri è una stella binaria, cioè consiste di una coppia di stelle che orbitano molto lentamente (con periodo di numerosi decenni) attorno al comune centro di massa.

La più brillante delle due stelle di cui è composto il sistema 55 Cancri è chiamata 55 Cancri A (poco più fredda del Sole), la sua compagna è chiamata 55 Cancri B (si tratta di una nana rossa molto più fredda del Sole).

55 Cancri e i suoi pianeti

Delle due compagne, A e B, è la 55 Cancri A a possedere un sistema planetario. Sono ben 5 i pianeti finora scoperti, 55 Cancri b, c, d, e, f, e tutti e 5 scoperti con il metodo delle velocità radiali.

Di questi esopianeti, 55 Cancri b, c, d, f sono tutti giganti gassosi (simili al nostro Giove), invece 55 Cancri e è l’unico pianeta roccioso. E’ esattamente una SuperTerra, cioè un pianeta roccioso ma di dimensioni e peso maggiori rispetto a quelle della Terra.

Altra peculiarità del pianeta 55 Cancri e è che essendo vicinissimo alla sua stella (le orbita attorno in meno di un giorno) le transita davanti producendo delle eclissi. Quindi, oltre che col metodo delle velocità radiali il pianeta è stato osservato con il metodo dei transiti.

Quest’ultimo metodo ha permesso di stimarne anche le dimensioni. Una volta nota la massa del pianeta (grazie al metodo delle velocità radiali) e il raggio (grazie al metodo dei transiti) è stato possibile derivare la densità media che è risultata essere maggiore di quella media terrestre.

Nonostante il pianeta sia praticamente invisibile, nel senso che la luce da questo riflessa si confonde completamente con il bagliore della stella ospite, un team di astronomi, utilizzando le osservazioni di 55 Cancri effettuate con il telescopio spaziale James Webb, è riuscito a scoprire l'esistenza di un'atmosfera attorno al pianeta e a caratterizzarne la composizione chimica.

Con tecniche osservative e di analisi parecchio sofisticate gli astronomi sono riusciti ad “estrarre” dalla luce proveniente dalla stella la componente in essa diluita proveniente dal pianeta.

La recente scoperta su 55 Cancri e

La ricerca è stata condotta da un team di astronomi e pubblicata sulla rivista Nature con prima firma di Renyu Hu dei Jet Propulsion Laboratories al California Institute of Technology.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica osservativa e di analisi chiamata “spettroscopia di trasmissione". Succede che durante il transito del pianeta davanti alla propria stella, la luce della stella viene filtrata dall’atmosfera del pianeta che lascia le “impronte” della sua composizione chimica.

Inoltre, confrontando i flussi della radiazione in diverse bande spettrali in due momenti diversi sono riusciti a stimare la temperatura superficiale del pianeta. Precisamente hanno misurato la radiazione emessa dalla stella quando il pianeta le si trova dietro (eclissi secondaria, luce della sola stella) e l'hanno confrontata con quella emessa fuori eclisse quando il pianeta le si trova accanto (luce di stella + pianeta).

A seguito dell'analisi di queste osservazioni, i ricercatori escludo lo scenario delineato in un precedente studio secondo il quale il pianeta dovrebbe essere un "lava world" cioè interamente ricoperto di lava fusa. Inoltre, sono state rilevate inconfondibili tracce sia di monossido che di biossido di carbonio (anidride carbonica).

E’ probabile che l’attuale atmosfera di 55 Cancri e non sia quella primordiale, come delineato in un precedente studio, ormai evaporata via a motivo delle elevate temperature superficiali. Piuttosto, si ritiene si origini da un continuo degassamento di anidride carbonica da parte di oceani di lava che in modo continuativo compensano il gas che il pianeta via via va perdendo.

55 Cancri e è una superTerra ideale per studiare quelle che potevano essere le condizioni iniziali sulla Terra neoformata (ma anche su Venere e Marte) e delle interazioni tra interno del pianeta, la superficie e l’atmosfera.

A propositi di tentativi ed errori

Lo studio del pianeta 55 Cancri e è interessante anche sotto un altro aspetto. Esso fornisce un buon esempio di come la ricerca, non solo astrofisica, proceda per "tentativi ed errori". In parole semplici, le osservazioni suggeriscono un certo quadro interpretativo, quindi un modello che spiega o giustifica le osservazioni fatte.

Tuttavia, con il passare del tempo, rendendosi disponibili osservazioni migliori, grazie a nuovi telescopi e strumenti, accumulandosi le osservazioni ripetute nel corso degli anni, migliorando tecniche e codici di analisi, è possibile che emerga un nuovo quadro interpretativo diverso dal precedente. E in questo modo la comprensione di un dato oggetto o una data problematica progredisce.

Nel caso di 55 Cancri e, le osservazioni fatte con il telescopio Hubble, presentate nel 2016 sulla rivista Astrophysical Journal dal team di Tsiaras dell'University College London, avevano suggerito che il pianeta avesse un'atmosfera costituita prevalentemente di idrogeno ed elio, quindi di tipo primordiale, essendo costituita degli stessi elementi da cui stella e pianeta si erano formati. Inoltre, erano state rilevate anche tracce di anidride cianidrica.

Le recenti osservazioni di James Webb hanno sostanzialmente smentito questo quadro, quindi sì esiste un'atmosfera ma prevalentemente composta di carbonio, ossido e biossido, proveniente dall'interno e non di gas primordiale.