Un passo davvero importante nella storia dello studio degli esopianeti è stato compiuto oggi, grazie al James Webb Space Telescope. Con lo strumento MIRI è stato possibile misurare la temperatura dell’esopianeta roccioso TRAPPIST-1 b, a partire dall’emissione termica del pianeta sottoforma di luce infrarossa.

I risultati indicano che il lato diurno del pianeta ha una temperatura di circa 230°C (500 Kelvin). A partire da questa considerazione, i ricercatori hanno concluso che TRAPPIST-1 b potrebbe essere privo di atmosfera. Precedenti osservazioni con i telescopi spaziali Hubble e Spitzer non avevano trovato prove di un’atmosfera significativa, e ora Webb rafforza l’ipotesi.

Questo è il primo rilevamento di qualsiasi forma di luce emessa da un esopianeta piccolo e roccioso, simile a quelli del nostro Sistema Solare. Il risultato segna un passo importante nel determinare se esopianeti in orbita attorno a piccole stelle attive come TRAPPIST-1 possano avere atmosfere necessarie per sostenere la vita.

La storia del sistema TRAPPIST-1

All’inizio del 2017, gli astronomi hanno riportato la scoperta di sette pianeti rocciosi in orbita attorno a una stella nana rossa ultrafredda, TRAPPIST-1, a 40 anni luce dalla Terra. La loro somiglianza in termini di dimensioni e massa con i pianeti rocciosi interni del nostro Sistema Solare ha reso questo sistema planetario molto interessante per gli scienziati.

TRAPPIST-1 b, il pianeta più interno, ha una distanza orbitale circa un centesimo di quella terrestre e riceve circa quattro volte la quantità di energia che la Terra riceve dal Sole. E nonostante non si trovi all’interno della zona abitabile, le osservazioni del pianeta possono fornire informazioni importanti sui suoi fratelli, così come su quelli di altri sistemi di questo tipo.

Questa nuova ricerca è stata condotta come parte del programma Guaranteed Time Observation (GTO) 1177, che è uno degli otto programmi GTO e General Observer (GO) approvati progettati per aiutare a caratterizzare completamente il sistema TRAPPIST-1.

Fotometria dell’eclissi secondaria

Il team ha utilizzato una tecnica chiamata fotometria dell’eclissi secondaria: MIRI ha misurato il cambiamento di luminosità del sistema mentre il pianeta si spostava dietro la stella.

TRAPPIST-1 b emette termicamente un bagliore infrarosso, e sottraendo quest’ultima alla luminosità della stella (durante l’eclissi secondaria), i ricercatori sono stati in grado di calcolare con successo la quantità di luce infrarossa emessa dal lato diurno del pianeta.

Il rilevamento di Webb di un’eclissi secondaria è già di per sé una pietra miliare importante. Con la stella più di 1.000 volte più luminosa del pianeta, la variazione di luminosità è inferiore allo 0,1%.

Il grafico seguente mostra i dati combinati di cinque osservazioni separate, ne corso di 3,5 ore, effettuate utilizzando il filtro F1500W del MIRI, che consente il passaggio ai rivelatori solo della luce con lunghezze d’onda comprese tra 13,5 e 16,6 micron. I quadrati blu sono misurazioni individuali della luminosità. I cerchi rossi mostrano le misurazioni mediate, per rendere più facile notare il cambiamento nel tempo.

Un pianeta scuro, marealmente bloccato e senza atmosfera

L’analisi dei dati di cinque osservazioni separate di eclissi secondarie indica che TRAPPIST-1 b ha una temperatura diurna di circa 500 kelvin, o circa 230°C. Il risultato è in accordo con l’ipotesi che il pianeta sia bloccato dal punto di vista delle maree, ovvero che abbia un lato rivolto sempre verso la stella.

Il modello finale che i dati permettono di produrre ci mostra un pianeta dalla superficie di colore scuro, privo di atmosfera e senza un’efficace ridistribuzione del calore dal lato diurno al lato notturno.

Se l’energia termica della stella fosse infatti distribuita uniformemente intorno al pianeta, ad esempio grazie a un’atmosfera priva di anidride carbonica, la temperatura a 15 micron sarebbe di 400 K, o 125°C. Se l’atmosfera avesse una notevole quantità di anidride carbonica, emetterebbe ancora meno luce di 15 micron e risulterebbe quindi ancora più fredda.

I modelli tengono conto delle proprietà note del sistema, comprese le dimensioni e la densità del pianeta, la temperatura della stella e la distanza orbitale del pianeta.

Conclusioni e ulteriori osservazioni

Sebbene TRAPPIST-1 b sia caldo per gli standard terrestri, è più freddo del lato diurno di Mercurio, che consiste di nuda roccia e nessuna atmosfera significativa. Mercurio riceve circa 1,6 volte più energia dal Sole rispetto a TRAPPIST-1 b dalla sua stella.

Sono attualmente in corso ulteriori osservazioni con il Webb. Il team spera di ottenere una curva di luce che mostri il cambiamento totale di luminosità della stella, al passaggio del pianeta sulla sua intera orbita. Ciò consentirà loro di vedere come cambia la temperatura dal giorno alla notte, e di confermare se il pianeta ha o meno un’atmosfera.