Comunicato Stampa

I pianeti di TRAPPIST-1 potrebbero essere ricchi d'acqua

Un primo assaggio della materia di cui sono fatti gli esopianeti di dimensione terrestre

05 Febbraio 2018

Un nuovo studio ha trovato che i sette pianeti in orbita intorno alla nana ultra fredda TRAPPIST-1 sono fatti soprattutto di roccia e alcuni potrebbero anche ospitare più acqua della Terra. La densità dei pianeti, ora nota con molta maggior precisione di prima, suggerisce che alcuni di essi potrebbero avere fino al 5% di massa sotto forma di acqua - circa 250 volte più degli oceani della Terra. I pianeti più caldi, più vicini alla stella madre, hanno più probabilità di avere atmosfere dense di vapore, mentre i più distanti hanno probabimente superfici ghiacciate. In termini di dimensione, densità e quantità di radiazione ricevuta dalla stella, il quarto pianeta in ordine di distanza è il più simile alla Terra. Sembra sia il più roccioso dei sette e ha le potenzialità per ospitare acqua liquida.

I pianeti intorno alla debole stella rossa TRAPPIST-1, ad appena 40 anni luce dalla Terra, sono stati scoperti dal telescopio TRAPPIST-South all'Osservatorio dell'ESO a La Silla nel 2016. L'anno seguente, ulteriori osservazioni con telescopi da terra, tra cui il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO e con il telescopio spaziale Spitzer della NASA hanno rivelato che ci sono almeno sette pianeti nel sistema, ciascuno di dimensione paragonabile a quella della Terra. Si chiamano ora TRAPPIST1b,c,d,e,f,g e h in ordine di distanza crescente dalla stella centrale [1].

Alcune osservazioni aggiuntive sono state eseguite sia da telescopi a terra, tra cui lo strumento SPECULOOS, quasi completato, all'Osservatorio dell'ESO al Paranal, e dai telescopi spaziali della NASA Spitzer e Kepler. Un'equipe di scienziati, guidati da Simon Grimm dell'Univeristà di Berna in Svizzera ha applicato complessi modelli numerici ai dati disponibnili e ha determinato la densità dei pianeti con maggior precisione di quanto fosse possibile finora [2].

Simon Grimm spiega come sono state calcolate le masse: "I pianeti di TRAPPIST-1 sono così vicini l'uno all'altro che interferiscono tra di loro per effetto della gravità, così che il momento in cui passano di fronte alla stella si sposta leggermente. Lo spostamento dipende dalla massa dei pianeti, dalla loro distanza e da altri parametri orbitali. Con un modello numerico al computer simuliamo le orbite dei pianeti finchè i transiti calcolati non sono in accordo con i valori osservati. Da qui deriviamo le masse dei vari pianeti."

Un altro membro dell'equipe, Eric Agol, commenta sull'importanza del risultato: "Uno degli scopi degli studi sugli esopianeti è stato, per qualche tempo, di studiare la composizione dei pianeti simili alla Terra per dimensione e temperatura. La scoperta di TRAPPIST-1 e le potenzialità delle strutture dell'ESO in Cile e del telescopio spaziale della NASA Spitzer lo hanno reso possibile - dandoci il primo assaggio di ciò di cui sono fatti i pianeti extrasolari di dimensioni terrestri".

Le misure di densità, combinate con i modelli di composizione dei pianeti, suggeriscono fermamente che i sette pianeti di TRAPPIST-1 non siano aridi mondi rocciosi. Sembrano contenere, infatti, quantità significative di materiali volatili, probabilmente acqua [3], fino in qualche caso a circa il 5% della massa del pianeta - una quantità enorme. Per confronto, sulla Terra solo lo 0.02% della massa è acqua.

"La densità, indizio importante per decodificare la composizione di un pianeta, non dice nulla sull'abitabilità. Ma il nostro studio è ciononostante un passo avanti importante per farci capire se questi pianeti possano ospitare vita", commenta Brice-Olivier Demory, coautore, sempre dell'Università di Berna.

TRAPPIST-1b e c, i pianeti più interni, hanno probabilmente un nucleo roccioso e sono circondati da un'atmosfera molto più spessa di quella della Terra. TRAPPIST-1d, invece, è il più leggero, con una massa pari al 30 % della massa della Terra. Gli scienziati non sanno ancora se è presente un'atmosfera estesa, un oceano o una superficie ghiacciata.

Gli scienziati si sono sopresi nel trovare che TRAPPIST-1e sia l'unico pianeta del sistema appena più denso della Terra, il che indica che potrebbe avere un nucleo ferroso e che non necessariamente abbia un'atmosfera densa, un oceano o uno strato ghiacciato in superficie. È bizzarro che TRAPPIST-1e sia così più roccioso degli altri pianeti. In termini di dimensione, densità e radiazione ricevuta è il pianeta più simile alla Terra.

TRAPPIST-1f, g e h sono abbastanza lontani dalla stella madre che l'acqua potrebbe essere congelata, sotto forma di ghiaccio su tutta la superficie. Se hanno un'atmosfera sottile difficilmente questa conterrebbe le molecole pesanti che troviamo sulla Terra, come l'anidride carbonica.

"È interessante notare che i pianeti più densi non sono necessariamente quelli più vicini alla stella e che i pianeti più freddi non possono avere aftmosfere spesse", indica Caroline Dorn, coautrice dell'artico, dell'Università di Zurigo, Svizzera.

Il sistema di TRAPPIST-1 continuerà per molto tempo a focalizzare le attenzioni degli astronomi e di molte strutture osservative, sia da terra che dallo spazio, tra cui l'ELT (Extremely Large Telescope) e il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA.

Gli astronomi stanno anche cercando con impegno altri pianeti intorno a stelle rosse deboli come TRAPPIST-1. Come spiega Michaël Gillon, membro dell'equipe [4]: "Questo risultato dimostra l'enorme interesse nell'esplorare nane vicine ultra fredde - come TRAPPIST-1 - alla ricerca di pianeti terrestri in transito. È questo lo scopo di SPECULOOS, il nuovo cercatore di esopianeti che sta per iniziare le osservazioni all'Osservatorio dell'ESO al Paranal in Cile."

Note

[1] I pianeti furono scoperti usando i telescopi da terra TRAPPIST-Sud, all'Osservatorio di La Silla dell'ESO in Cile e TRAPPIST-Nord in Marocco; il telescopio spaziale spaziale NASA Spitzer; lo strumento HAWK-I dell'ESO sul VLT (Very Large Telescope) all'Osservatorio di Paranal in Cile; il telescopio UKIRT da 3,8 metri alle Hawaii; i telescopi Liverpool da 2 metri e il William Herschel di 4 metri a La Palma nelle Isole Canarie; e il telescopio SAAO da 1 metro in Sud Africa.

[2] Misurare le densità degli esopianeti non è facile. Bisogna trovare sia la dimensione del pianeta che la sua massa. I pianeti TRAPPIST-1 sono stati trovati usando il metodo dei transiti - cercando piccole diminuzioni nella luminosità della stella mentre un pianeta passa davanti al suo disco e blocca un pò di luce. Questo dà una buona stima delle dimensioni del pianeta. Invece, misurare la massa di un pianeta è più difficile - se non ci sono altri effetti, i pianeti con diverse masse hanno le stesse orbite e non c'è un modo diretto per distinguerli. Ma c'è un modo se il sistema ha più di un pianeta: i pianeti più massicci disturbano le orbite degli altri pianeti più di quelli più leggeri. Questo a sua volta influisce sui tempi dei transiti. L'equipe guidata da Simon Grimm ha usato questi effetti complicati e molto sottili per stimare le masse più probabili per tutti e sette i pianeti, sulla base di un ampio corpus di dati temporali e di analisi e modellizzazione dei dati molto sofisticati.

[3] I modelli usati considerano anche composti volatili alternativi, come l'anidride carbonica. Tuttavia, favoriscono l'acqua, sotto forma di vapore, liquido o ghiaccio, come il più probabile maggior componente del materiale della superficie dei pianeti poiché l'acqua è la fonte più abbondante di composti volatili per dischi protoplanetari ad abbondanza solare.

[4] La struttura per i telescopi per survey SPECULOOS è quasi completa all'Osservatorio dell'ESO al Paranal.

Ulteriori Informazioni

Il risultato è stato presentato nell'articolo “The nature of the TRAPPIST-1 exoplanets”, di S. Grimm et al., che verrà pubblicato dalla rivista Astronomy & Astrophysics.

L'equipe è composta da Simon L. Grimm (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Svizzera) , Brice-Olivier Demory (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Svizzera), Michaël Gillon (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgio), Caroline Dorn (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Svizzera; University of Zurich, Institute of Computational Sciences, Zurich, Svizzera), Eric Agol (University of Washington, Seattle, Washington, USA; NASA Astrobiology Institute’s Virtual Planetary Laboratory, Seattle, Washington, USA; Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, Francia), Artem Burdanov (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgio), Laetitia Delrez (Cavendish Laboratory, Cambridge, UK; Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgio), Marko Sestovic (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Svizzera), Amaury H.M.J. Triaud (Institute of Astronomy, Cambridge, Regno Unito; University of Birmingham, Birmingham, Regno Unito), Martin Turbet (Laboratoire de Météorologie Dynamique, IPSL, Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Paris, Francia), Émeline Bolmont (Université Paris Diderot, AIM, Sorbonne Paris Cité, CEA, CNRS, Gif-sur-Yvette, Francia), Anthony Caldas (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francia), Julien de Wit (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), Emmanuël Jehin (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgio), Jérémy Leconte (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francia), Sean N. Raymond (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francia), Valérie Van Grootel (Space Sciences, Technologies and Astrophysics Research Institute, Université de Liège, Liège, Belgio), Adam J. Burgasser (Center for Astrophysics and Space Science, University of California San Diego, La Jolla, California, USA), Sean Carey (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Daniel Fabrycky (Department of Astronomy and Astrophysics, Univ. of Chicago, Chicago, Illinois, USA), Kevin Heng (University of Bern, Center for Space and Habitability, Bern, Svizzera), David M. Hernandez (Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA), James G. Ingalls (IPAC, Calif. Inst. of Technology, Pasadena, California, USA), Susan Lederer (NASA Johnson Space Center, Houston, Texas, USA), Franck Selsis (Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, Univ. Bordeaux, CNRS, Pessac, Francia) and Didier Queloz (Cavendish Laboratory, Cambridge, Regno Unito).

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

Links

• Articolo scientifico
• Link al comunicato stampa Hubble sulle atmosfere dei pianeti di TRAPPIST-1
• Ulteriori informazioni su TRAPPIST-South
• Ulteriori informazioni su SPECULOOS
• Il telescopio spaziale Spitzer della NASA
• Il telescopio spaziale Kepler della NASA

Contatti

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Brice-Olivier Demory
SAINT-EX Research Group, University of Bern, Center for Space and Habitability
Bern, Switzerland
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