Trappist -1 d, una "Terra promessa" ma senza aria

Illustrazione artistica del sistema Trappist 1. Foto: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Nel febbraio 2017 l’annuncio era stato accolto come una svolta: a “soli” 40 anni luce dal nostro Sistema solare, attorno a una piccola stella nella costellazione dell’Acquario, sette pianeti rocciosi orbitano in fila come perline su un filo. Di questi, almeno tre si trovano nella cosiddetta “zona abitabile”, ovvero a una distanza dalla loro stella tale da permettere, in linea teorica, la presenza di acqua allo stato liquido. Era il sistema planetario Trappist -1. L’entusiasmo fu immediato: per la prima volta si apriva la possibilità di osservare e studiare in dettaglio mondi simili alla Terra nelle dimensioni e nella temperatura. Si trattava di una prima storica: un esopianeta e per di più Earth-like: una manna per studiose e studiosi.

Tra questi, Trappist -1 d era considerato il più promettente. Poco più piccolo della Terra, riceve dalla sua stella una quantità di energia paragonabile a quella che la Terra riceve dal Sole. Le condizioni sembravano ideali: la giusta distanza, le giuste dimensioni, una temperatura che – in presenza di un’atmosfera – avrebbe potuto rendere il pianeta temperato, forse abitabile. Oggi, però, un nuovo studio pubblicato su The Astrophysical Journal e una nota della NASA raccontano un’altra storia. I dati raccolti dal telescopio spaziale James Webb mostrerebbero che Trappist -1 d, con ogni probabilità, non ha un’atmosfera rilevabile.

La spettroscopia di trasmissione

Il metodo utilizzato dagli scienziati è noto come spettroscopia di trasmissione. Quando un pianeta passa davanti alla sua stella – un fenomeno chiamato transito – una piccolissima parte della luce filtra attraverso l’atmosfera del pianeta (se c’è), prima di raggiungere gli strumenti del telescopio. In questa luce si possono trovare tracce chimiche: ogni molecola presente nell’atmosfera lascia una firma caratteristica, assorbendo parte della luce a specifiche lunghezze d’onda. Analizzando il suo spettro, è possibile capire quali molecole sono presenti.

Per Trappist-1 d, il team, guidato da Caroline Piaulet-Ghorayeb dell’Università di Montreal, ha osservato due transiti con lo strumento NIRSpec del telescopio Webb, nel novembre 2022. L’obiettivo era quello di individuare eventuali tracce di molecole come vapore acqueo, metano, anidride carbonica e ammoniaca: elementi chiave per valutare la presenza e la natura di un’atmosfera.

I problemi di visualizzazione

Trappist -1, però, non è una stella qualunque. È una nana rossa, piccola e fredda, ma molto attiva: può produrre flussi energetici intensi, flare e variazioni di luminosità che interferiscono con l’osservazione. I dati grezzi raccolti dal telescopio Webb mostravano forti pendenze nello spettro, dovute a variazioni nella luce stellare piuttosto che a caratteristiche del pianeta: una sorta di “nebbia” che impediva una corretta interpretazione dei dati. Gli scienziati hanno quindi dovuto lavorare molto per modellare e correggere queste distorsioni, separando le aberrazioni della stella per filtrare il risultato voluto. Dopo aver applicato una serie di correzioni, il risultato è stato chiaro: lo spettro che arriva dall’esopianeta è piatto, senza alcuna traccia evidente di molecole atmosferiche. Il team di ricerca ha testato la possibilità di trovare un’eventuale atmosfera basata sull’idrogeno ma i dati raccolti hanno escluso questa ipotesi. Il gruppo di ricercar ha anche vagliato la possibilità di cercare atmosphere “antiche”, cioè simili a quella che ricopriva la Terra primordiale. Sono stati fatti anche raffronti con gli elementi che caratterizzano le atmosphere di Marte e di Venere, ma i risultati sono stati inconcludenti.

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Tre possibili scenari

Gli scienziati hanno considerato tre possibilità. La prima è che Trappist-1 d abbia un’atmosfera estremamente sottile, simile a quella odierna che circonda Marte: troppo tenue per essere rilevata anche da uno strumento sensibile come quello a bor Webb. La seconda è che il pianeta possieda un’atmosfera più densa, ma coperta da nubi o aerosol ad alta quota che nascondono le firme chimiche. La terza – e forse la più semplice – è che il pianeta sia del tutto privo di atmosfera.

Questa possibilità, secondo lo studio, è coerente con l’ambiente ostile che può esssere stato generato dalla stella attorno cui orbita il pianeta. Le nane rosse possono restare in una fase giovanile molto energetica per centinaia di milioni di anni, emettendo radiazioni ultraviolette e venti stellari capaci di erodere o impedire la formazione di atmosfere sui pianeti più vicini. Se Trappist-1 d non è dotato di un’atmosfera oggi, potrebbe essere proprio a causa di questo “bombardamento” da parte della sua stella.

Le conseguenze dello studio

La scoperta porta con sé importanti conseguenze. nnanzitutto, mostra che anche un pianeta “nella zona temperata” non è necessariamente abitabile. La presenza di un’atmosfera – e della giusta atmosfera – dipende da molti fattori, non solo dalla distanza dalla stella. In secondo luogo, offre nuovi indizi sulla storia evolutiva del sistema Trappist-1. Se Trappist-1 d è, effettivamente, privo di atmosfera, è probabile che anche gli altri due pianeti più interni (b e c) abbiano avuto una storia simile. Al contrario, i pianeti più esterni – e, f, g e h – potrebbero trovarsi in una situazione migliore: ricevono meno radiazione e potrebbero aver conservato più a lungo eventuali atmosfere. Saranno i nuovi osservati speciali nelle future campagne scientifiche sul Sistema.

La NASA sottolinea come questi risultati rappresentino un passo in avanti e non una sconfitta. Per la prima volta, uno strumento è riuscito a escludere – con elevata precisione – una serie di scenari atmosferici per un esopianeta roccioso Earth-like. Si tratta di una dimostrazione concreta delle capacità del telescopio Webb e di un tassello fondamentale per la comprensione e lo studio futuro degli esopianeti.

Il risultato non spegne la speranza di trovare pianeti abitabili attorno ad altre stelle, ma rende più chiaro quanto sia difficile osservare esopianeti che conservino caratteristiche peculiari a quelle della Terra.