Il pianeta TOI‑1227b, scoperto nel 2022 nei dati del telescopio spaziale TESS, è uno degli esopianeti più giovani mai osservati con il metodo del transito. Ha un’età stimata di circa 8 milioni di anni e orbita molto vicino alla sua stella, una nana rossa di tipo M distante 330 anni luce, a circa 1/5 della distanza che separa Mercurio dal Sole. Questa configurazione lo espone a un’intensa radiazione ad alta energia, in particolare raggi X, che stanno rapidamente erodendo la sua atmosfera.
Il pianeta ha dimensioni paragonabili a Giove, ma con una massa pari a solo il 20% di quella del gigante del Sistema Solare. Questa combinazione suggerisce che TOI‑1227b sia un pianeta estremamente gonfio e con una bassa densità, condizioni che lo rendono vulnerabile ai processi di perdita atmosferica indotti dalla radiazione stellare.
Secondo un nuovo studio, TOI‑1227b sta perdendo circa un milione di tonnellate della sua atmosfera ogni secondo. Se questa tendenza dovesse continuare, nell’arco di un miliardo di anni il pianeta potrebbe perdere completamente la propria atmosfera.
Lo studio, guidato da Attila Varga del Rochester Institute of Technology, si basa su osservazioni in banda X e spettroscopia ottica, utilizzate per determinare l’età del sistema e caratterizzare il flusso energetico a cui è sottoposto il pianeta. L’ambiente in cui si trova TOI‑1227b rappresenta un caso limite per l’evoluzione planetaria, offrendo un’opportunità rara per osservare come l’alta energia emessa da una giovane stella influenzi un pianeta nella sua fase iniziale di sviluppo.
Il ruolo della radiazione X nell’erosione atmosferica
La stella TOI‑1227 è molto meno massiccia e luminosa del Sole, ma come tipico delle nane rosse completamente convettive, è soggetta a brillamenti violenti e frequenti. Questi eventi rilasciano grandi quantità di raggi X, capaci di riscaldare e ionizzare l’atmosfera del pianeta. Quando l’atmosfera si riscalda fino a migliaia di kelvin, si espande, rendendo più debole la forza gravitazionale che la trattiene. Di conseguenza, il gas può sfuggire nello spazio, soprattutto le molecole più leggere come l’idrogeno.
Oltre all’espansione termica, la fotodissociazione di molecole come l’acqua e l’interazione con il vento stellare contribuiscono all’erosione. L’idrogeno liberato da questo processo può facilmente abbandonare il pianeta. L’aumento di temperatura del vento stellare, invece, migliora l’efficienza nello strappare l’atmosfera. Secondo le stime del team di ricerca, il tasso attuale di perdita è dell’ordine di 10¹² grammi al secondo. In pratica, TOI‑1227b perde l’equivalente di due atmosfere terrestri ogni due secoli.
Questi processi di perdita atmosferica potrebbero spiegare anche il radius gap, una regione nei dati statistici dei circa 6000 esopianeti scoperti in cui mancano oggetti con raggi tra 1.5 e 2 volte quello terrestre. La fotoevaporazione sembra essere una delle cause principali di questa scarsità. Pianeti come TOI‑1227b aiutano a comprendere l’influenza della radiazione ad alta energia nella scultura delle atmosfere planetarie.
Un laboratorio naturale per studiare l’evoluzione planetaria
TOI‑1227b è il secondo pianeta più giovane mai osservato durante un transito, e rappresenta un laboratorio prezioso per analizzare l’evoluzione degli esopianeti attorno a stelle di piccola massa. Il team sottolinea che serviranno nuove osservazioni spettroscopiche e fotometriche per determinare meglio la massa del pianeta, attualmente incerta, e raffinare i modelli di perdita atmosferica.
Secondo le simulazioni condotte, il futuro di TOI‑1227b potrebbe essere segnato da una forte riduzione del raggio e della massa totale: il pianeta potrebbe perdere oltre il 10% della sua massa, evolvendo in un oggetto più denso, forse anche roccioso.
Questo tipo di evoluzione è molto importante per comprendere la diversità osservata tra gli esopianeti: molti di essi, oggi, potrebbero essere ciò che rimane di giganti gassosi simili a TOI‑1227b, trasformati in super-Terre o mini-Nettuni a causa dell’erosione atmosferica.
Come concludono gli autori, “TOI‑1227 è un sistema di riferimento fondamentale per comprendere le primissime fasi dell’evoluzione planetaria attorno a stelle di piccola massa”. Osservarne il cambiamento nei prossimi anni, con strumenti come Hubble o il James Webb, potrebbe fornire nuove informazioni su come i pianeti nascono, crescono… e si trasformano.
Lo studio, accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal, è reperibile qui in versione pre-print.
