Vent’anni fa, quasi fino ad oggi, due squadre concorrenti di astronomi hanno scoperto in modo indipendente il primo esopianeta in transito conosciuto—un mondo che, visto dalla Terra, attraversava la faccia della sua stella, , Due decenni più tardi, i transiti sono diventati la linfa vitale degli studi sugli esopianeti, producendo migliaia di mondi tramite telescopi spaziali come le missioni Kepler e Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA e consentendo ai ricercatori non solo di misurare le dimensioni e l’orbita di un pianeta, ma anche la sua densità e composizione di massa. In breve, i mondi in transito hanno dimostrato di essere la chiave di volta nella nascente ricerca dei gemelli cosmici della Terra. Nel 1999, tuttavia, l’idea che queste ombre esoplanetarie sarebbero state rilevabili era così fantastica che la convalida richiedeva gli sforzi separati di due gruppi.,
Un simile scenario è ora di giocare di nuovo: Due squadre scientifiche hanno annunciato la loro indipendenti scoperta dell’acqua—il fondamento della biologia come la conosciamo—nell’atmosfera di un pianeta in transito soprannominato K2-18 b. Il pianeta orbita nella zona abitabile della sua stella, il sweet spot in cui starlight può sufficientemente caldo un mondo per permettere all’acqua di piscina e un flusso di sulla sua superficie., Una pietra miliare nella ricerca di vita aliena, il risultato preannuncia un prossimo futuro in cui gli astronomi useranno nuovi telescopi avanzati a terra e nello spazio per studiare più a fondo i pianeti più promettenti attorno alle stelle vicine del nostro sole.
“Questo è l’unico pianeta in questo momento che conosciamo al di fuori del sistema solare che ha la temperatura corretta per sostenere l’acqua, che ha un’atmosfera e che ha acqua in essa”, dice Angelos Tsiaras, astronomo dell’University College di Londra e autore principale di uno degli studi, che è stato pubblicato oggi su Nature Astronomy., Tsiaras ei suoi colleghi hanno utilizzato sofisticati modelli di computer per prendere in giro i segni di vapore acqueo su K2-18 b dai dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble, rendendo il pianeta, dice, “il miglior candidato per l’abitabilità” attualmente noto.
I dati di Hubble non parlano con significato del volume d’acqua su K2-18 b—nell’atmosfera superiore del pianeta, un soffio di umidità o il valore di un oceano esprimerebbero un segnale simile. Tsiaras ei suoi colleghi suggeriscono che il vapore acqueo potrebbe costituire ovunque tra un centesimo di un per cento a metà dell’atmosfera di K2-18 B., Fissare la quantità di acqua (così come altri gas, come metano, anidride carbonica e ammoniaca) richiederà più osservazioni a banda larga utilizzando strutture spaziali future come il James Webb Space Telescope della NASA, il telescopio ARIEL (Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-Survey) dell’Agenzia spaziale europea e una nascente generazione di telescopi terrestri estremamente grandi.,
K2-18 b è leggermente più del doppio della Terra e quasi nove volte più massiccio, probabilmente con un nucleo solido di roccia o ghiaccio circondato da un involucro oppressivamente spesso di idrogeno e altri gas, apparentemente incluso vapore acqueo. Trovato da Keplero nel 2015, il mondo si annida in un’orbita di 33 giorni attorno a una stella nana rossa fioca e fredda a circa 110 anni luce di distanza, nella costellazione del Leone. Quella stella brilla con meno del 3% della luminosità del nostro sole, ma poiché K2-18 b orbita così vicino ad esso, il pianeta riceve solo il 5% in più di luce stellare della nostra., E poiché il pianeta transita, parte di quella luce stellare passa attraverso la sua atmosfera superiore in rotta verso i telescopi qui, raccogliendo e trasmettendo informazioni sul cocktail di gas nell’aria di K2-18 B.
Otto volte diverse tra il 2016 e il 2017, un team guidato da Björn Benneke dell’Università di Montreal ha misurato il luccichio atmosferico transitorio di K2-18 b con il telescopio spaziale Hubble, così come con Kepler e il telescopio spaziale Spitzer., I dati di Hubble vengono spesso rilasciati al pubblico non appena vengono raccolti e, in questo caso, tale politica ha permesso a Tsiaras e ai suoi collaboratori di eseguire il loro studio. Proprio come il gruppo di Tsiaras, l’analisi separata del team di Benneke suggerisce l’esistenza di una frazione statisticamente significativa di vapore acqueo nell’atmosfera superiore di K2-18 b—ma anche, in modo univoco, ciò che il team sostiene sono accenni di goccioline di acqua liquida che si condensano più in profondità. Cioè, Benneke e i suoi colleghi riportano prove di nuvole-e di pioggia. Il loro studio è stato pubblicato sul server di preprint arXiv.,org ed è stato presentato alla Rivista astronomica per la pubblicazione peer-reviewed.
” Entrambi gli studi mostrano che c’è un’atmosfera e un’acqua su questo pianeta, il che rende il risultato ancora più forte”, afferma Benneke. “Trovare il vapore acqueo è fantastico, ma ciò che è così speciale in K2-18 b è che i nostri modelli suggeriscono che parti della sua atmosfera hanno una temperatura e una pressione sufficienti affinché quel vapore formi goccioline di acqua liquida. E questi, come nell’atmosfera terrestre, formeranno nuvole e cadranno come pioggia., Proprio come sulla Terra, dovrebbe esserci un’interazione tra condensazione ed evaporazione, un ciclo dell’acqua attivo tra le nuvole e la parte gassosa dell’atmosfera.”
La regione atmosferica in cui si possono formare le nuvole, ipotizza Benneke, potrebbe essere relativamente confortevole, con una pressione di un’atmosfera terrestre e una temperatura non lontana da quella di un tipico soggiorno. “In molti modi, questo pianeta non è come la Terra, ma in altri, è molto simile. Potrebbe non esserci una “superficie” significativa sotto lo spesso involucro di gas. E anche se ci fosse, sarebbe sottoposto a pressioni molto elevate., Non è plausibile immaginare qualcosa come un essere umano che cammina laggiù—ma forse una sorta di microbo estremo potrebbe vivere in quelle nuvole d’acqua.”
Nuvoloso, con possibilità di abitabilità
Alcuni ricercatori chiamano K2-18 b e il suo genere” super Terre”; altri preferiscono chiamarli ” mini Neptunes.”Ma indipendentemente dalla nomenclatura, il fatto più ovvio di questi oggetti è che nessuno di loro orbita intorno al nostro sole, nonostante sia il tipo planetario più abbondante nella Via Lattea. Tutto quello che possiamo veramente sapere di loro attualmente proviene da studi extrasolari., E finora, questi studi mostrano che la maggior parte di questi pianeti, da qualche parte nella dimensione tra la Terra e Nettuno, non sono molto simili alla Terra.
“Mi piace chiamarli pianeti ‘ibridi’, questi mondi con nuclei rocciosi e spessi involucri di idrogeno”, dice Benneke. “Questa non è una roccia nuda con un’atmosfera sottile come la Terra, ma anche questo non è un pianeta gigante come Nettuno o Giove.,”
Un appello di studiare tali mondi intermedi—molti di più dei quali sono già stati scoperti dalla missione TESS in corso—è la possibilità che rivelino qualcosa di fondamentale su come i pianeti di tutte le dimensioni vengono ad essere.
“Pensiamo che per i pianeti da qualche parte circa 1,8 volte la dimensione della Terra, ci sia una transizione da mondi rocciosi a gassosi che ha luogo”, afferma Laura Kreidberg, astronoma presso il Center for Astrophysics dell’Università di Harvard e la Smithsonian Institution (CfA), che non ha preso parte agli studi., “K2-18 b è vicino a quel confine, quindi ci stanno dando il nostro primo sguardo nell’atmosfera di un mondo vicino a questa transizione.”
Nikole Lewis, un astronomo della Cornell University, che non è stato coinvolto in entrambi i documenti, osserva che questa non è la prima volta che segni di vapore acqueo, nuvole e forse anche pioggia sono stati visti su mondi al di fuori del sistema solare. Ma quelle scoperte precedenti sono venute dai cugini più grandi e caldi di K2-18 b intorno ad altre stelle, mondi che sono più saldamente sul lato “Nettuno” del divario planetario., “K2-18 b rappresenta un grande passo sulla strada per sondare pianeti più freschi e più piccoli”, afferma. “Ha il potenziale per informarci su come si formano e si evolvono le atmosfere per i pianeti in corrispondenza o vicino alla zona abitabile attorno alle stelle nane rosse, che sarà importante per comprendere la potenziale abitabilità dei pianeti più piccoli “di dimensioni terrestri”.”
Soprattutto, il vapore acqueo su K2-18 b sarebbe la migliore prova che i piccoli pianeti nelle zone abitabili delle nane rosse possono possedere atmosfere., Per certi aspetti, le minuscole nane rosse possono colpire ben al di sopra del loro peso, emettendo quantità di radiazioni che erodono l’atmosfera che raggiungono il picco nelle prime fasi della vita delle stelle proprio quando i pianeti appena nati possono essere più vulnerabili. E la manciata di precedenti studi di Hubble su minuscoli mondi di nane rosse ravvicinate è stata scoraggiante: i tentativi di studiare le presunte atmosfere di diversi pianeti potenzialmente abitabili che transitano in una nana rossa ultradim chiamata TRAPPIST-1 hanno fornito risultati inconcludenti., E una sonda più recente di LHS 3844 b, una nana rossa in transito di un terzo più grande della nostra, ha suggerito che il pianeta potrebbe non avere affatto aria.
“La stragrande maggioranza dello spazio abitabile nell’universo potrebbe essere intorno alle nane rosse, perché queste sono le stelle più comuni, e capita che abbiano molti pianeti rocciosi molto vicini a loro”, dice Nicolas Cowan, un astronomo della McGill University, che non è affiliato con nessuno dei nuovi documenti. “Dopo lo studio che mostra LHS 3844 b sembra una roccia secca e sterile, alcuni di noi hanno iniziato a preoccuparsi., Forse i mondi delle nane rosse si rivelerebbero delle vere e proprie aringhe per l’astrobiologia.”
Questa preoccupazione è il motivo per cui K2-18 b è “un affare enorme”, dice Cowan, nonostante il suo stato decisamente ultraterreno e un po’ inospitale. “Suggerisce che gli immobili planetari più comuni nell’universo possono anche essere abitabili, non solo con atmosfere ma anche con vapore acqueo.”
Anche così, non tutti sono convinti che le affermazioni del vapore acqueo siano molto più dell’aria calda., ” Il significato statistico del rilevamento rivendicato non è forte”, afferma David Charbonneau, astronomo del CfA, che ha co-scoperto il primo pianeta in transito nel 1999. A differenza di quella scoperta, che si basava su due set di dati distinti, la nuova scoperta che è stata condivisa tra due team si basa su una sola—da Hubble, che non è mai stata progettata per eseguire misurazioni così delicate e impegnative. “Sì, è suggestivo”, dice Charbonneau. “Ma gli astronomi hanno studiato i pianeti in transito per 20 anni, quindi penso che siamo ben oltre l’epoca degli studi “suggestivi”.”