I dati della NASA rivelano una possibile ragione per cui alcuni esopianeti si stanno restringendo.

15 novembre 2023

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di Chelsea Gohd, NASA

Uno studio recente potrebbe far luce sul motivo per cui ci sono esopianeti “mancanti” di dimensioni comprese tra quelle delle super-Terre e quelle dei sub-Nettuno.

Sembra che alcuni esopianeti si stiano erodendo e diminuendo. Un nuovo studio che utilizza il telescopio spaziale Kepler della NASA, ora in pensione, fornisce prove che suggeriscono che i nuclei del loro pianeta potrebbero essere responsabili della repulsione delle loro atmosfere dall’interno.

Lo studio è stato pubblicato su The Astronomical Journal.

Gli esopianeti, che sono pianeti al di fuori del nostro sistema solare, presentano una vasta gamma di dimensioni. Si va da piccoli pianeti rocciosi a giganteschi giganti gassosi. Tuttavia, esiste un apparente “divario dimensionale” per i pianeti che dovrebbero avere tra 1,5 e 2 volte la dimensione della Terra, un enigma che gli scienziati sono ansiosi di decifrare.

"Oltre 5.000 esopianeti sono stati confermati dagli scienziati, ma c'è una carenza di pianeti con un diametro pari a 1,5 e 2 volte quello della Terra", ha affermato Jessie Christiansen, capo ricercatrice del Caltech/IPAC e autrice principale dello studio. "I dati raccolti dagli scienziati degli esopianeti confermano che questo divario non è casuale. Un fattore non identificato impedisce a questi pianeti di raggiungere o mantenere queste dimensioni."

La ricerca postula che questo divario potrebbe essere dovuto al fatto che alcuni sub-Nettuno perdono gradualmente la loro atmosfera nel tempo. Ciò accadrebbe se un pianeta non avesse la forza gravitazionale necessaria per trattenere la sua atmosfera a causa della massa insufficiente. Di conseguenza, i sub-Nettuno sottomassicci si eroderebbero fino a raggiungere approssimativamente le dimensioni delle super-Terre, lasciando un divario dimensionale.

Il processo effettivo che questi pianeti stanno utilizzando per perdere le loro atmosfere è rimasto sfuggente. Gli scienziati sono combattuti tra due teorie: perdita di massa alimentata dal nucleo e fotoevaporazione. Lo studio ha trovato nuove prove che puntano a favore della prima ipotesi.

La perdita di massa alimentata dal nucleo avviene a causa della radiazione proveniente dal nucleo caldo di un pianeta che espelle gradualmente l'atmosfera. "Le radiazioni provocano la dispersione dell'atmosfera dal basso", ha spiegato Christiansen.

L'altra teoria, la fotoevaporazione, si verifica quando l'atmosfera di un pianeta viene effettivamente strappata via dalla radiazione calda della sua stella madre. In questo caso, "la radiazione ad alta energia della stella agisce come un asciugacapelli su un blocco di ghiaccio", ha affermato.

Mentre è probabile che la fotoevaporazione avvenga durante i primi 100 milioni di anni di vita di un pianeta, si ritiene che la perdita di massa alimentata dal nucleo avvenga molto più tardi, circa 1 miliardo di anni. Ma sia attraverso uno dei due meccanismi, "se ti manca una massa sufficiente, non puoi mantenere il controllo e finisci per perdere la tua atmosfera e restringerti", ha affermato Christiansen.

In questo studio, Christiansen e colleghi autori hanno esaminato gli ammassi stellari Praesepe e Hyades utilizzando i dati provenienti da K2, un'estensione del telescopio spaziale Kepler. Si ritiene che questi ammassi abbiano un'età compresa tra 600 e 800 milioni di anni, il che indica che i sub-Nettuno all'interno di questo sistema sarebbero oltre l'età in cui tipicamente avviene la fotoevaporazione, ma non abbastanza vecchi da aver subito una perdita di massa alimentata dal nucleo.

Se i ricercatori notassero una pletora di sub-Nettuno in questi ammassi rispetto agli ammassi stellari più vecchi, potrebbero dedurre che la fotoevaporazione non era ancora avvenuta. Quindi, la perdita di massa alimentata dal nucleo sarebbe la spiegazione più probabile per il destino dei sub-Nettuno di massa inferiore.

Dopo aver esaminato Praesepe e Hyades, i ricercatori hanno scoperto che quasi tutte le stelle di questi ammassi hanno ancora un candidato sub-Nettuno o sub-Nettuno in orbita attorno a loro. Dalle dimensioni di questi pianeti, i ricercatori ipotizzano che abbiano mantenuto le loro atmosfere. Ciò contrasta con solo il 25% delle stelle più vecchie, di oltre 800 milioni di anni, osservate da K2 che hanno stelle sub-Nettuno in orbita, riflettendo una linea temporale più adatta alla teoria della perdita di massa alimentata dal nucleo.

Da queste osservazioni, il team ha concluso che la fotoevaporazione non avrebbe potuto aver avuto luogo a Praesepe e Hyades. Se così fosse, sarebbe avvenuto centinaia di milioni di anni prima, e su questi pianeti sarebbe rimasta poca, se non nessuna, atmosfera. Ciò lascia la perdita di massa alimentata dal nucleo come la spiegazione principale di ciò che probabilmente accade alle atmosfere di questi pianeti.

Il team di Christiansen ha trascorso più di cinque anni a costruire il catalogo dei pianeti candidati necessario per lo studio. Ma la ricerca è lungi dall’essere completa, ha detto, ed è possibile che l’attuale comprensione della fotoevaporazione e/o della perdita di massa alimentata dal nucleo possa evolversi. I risultati saranno probabilmente messi alla prova da studi futuri prima che qualcuno possa dichiarare risolto una volta per tutte il mistero di questo divario planetario.

Questo studio è stato condotto utilizzando il NASA Exoplanet Archive, gestito da Caltech a Pasadena sotto contratto con la NASA come parte del Exoplanet Exploration Program, che si trova presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. JPL è una divisione di Caltech.

Fornito dalla NASA