Possibile distruzione atmosferica di un esopianeta potenzialmente abitabile.

21 Febbraio 2024

Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità del contenuto:

• verificato
• pubblicazione peer-reviewed
• fonte affidabile
• corretto

di David Appell, Phys.org

Gli astrofisici che studiano un popolare esopianeta nella zona abitabile della sua stella hanno scoperto che le correnti elettriche nell'alta atmosfera del pianeta potrebbero creare un riscaldamento sufficiente a espandere abbastanza l'atmosfera da farla lasciare il pianeta, probabilmente rendendolo inabitabile.

Fino ad ora, gli scienziati planetari hanno pensato che un pianeta abitabile necessiti di un forte campo magnetico che lo circondi per agire come scudo, dirigendo particelle ionizzate, raggi X e radiazioni ultraviolette nel vento stellare intorno e lontano dalla sua atmosfera.

Questo è ciò che accade sulla Terra, impedendo alle radiazioni pericolose di raggiungere la vita in superficie, e ciò che non avviene su Marte, che attualmente manca di un campo magnetico globale, il che significa che eventuali abitanti iniziali del pianeta rosso probabilmente dovranno vivere in caverne sotterranee e cavità per proteggersi dal vento solare.

La nuova ricerca, condotta da Ofer Cohen del Lowell Center for Space Science and Technology presso l'Università di Massachusetts Lowell e colleghi, pubblicata su The Astrophysical Journal, ha esaminato se le correnti elettriche generate nell'ionosfera dell'esopianeta Trappist-1e potrebbero portare a un riscaldamento sufficiente e all'espansione dell'atmosfera al punto che potrebbe disperdersi lontano dalla gravità del pianeta e perdersi nello spazio.

TRAPPIST-1e è una stella nana M fredda nella costellazione dell'Acquario, distante circa 41 anni luce dalla Terra. Il suo sistema planetario, che presenta sette esopianeti osservati, è il sistema più studiato al di fuori del nostro sistema solare.

Tre di questi pianeti si trovano nella zona abitabile della stella, con temperature superficiali dove potrebbe esistere acqua liquida. Poiché le nane M, che costituiscono circa il 70% delle stelle nell'universo, sono più fredde del nostro sole, queste zone sono molto più vicine a queste stelle.

Trappist-1e, un esopianeta scoperto nel 2017, orbita a soli 0,028 UA dalla sua stella (dove 1 UA è la distanza media dal sole alla Terra; Mercurio orbita a circa 0,4 UA). Roccioso e simile alla Terra, la sua densità media è solo il 2% più grande di quella della Terra e la sua gravità superficiale è dell'82%. Inoltre, ha una temperatura di equilibrio di 246 Kelvin, appena 9 K al di sotto della Terra.

Queste proprietà rendono Trappist-1e uno dei più interessanti tra tutti gli esopianeti scoperti fino ad oggi. Ma ha un'atmosfera? Dato che è situato molto più vicino alla sua stella, lo stripping atmosferico da parte dei venti stellari dovrebbe essere molto più forte rispetto, ad esempio, a quello di Mercurio, che non ha atmosfera.

Lavori precedenti hanno dimostrato che i venti stellari provenienti da Trappist-1 potrebbero potenzialmente spogliare di un'atmosfera ricca di idrogeno i suoi esopianeti per fotoevaporazione, ma la complessità del modello significa che questi pianeti potrebbero avere una serie di ambienti atmosferici.

Ma un altro possibile meccanismo di spogliamento è quando venti stellari esterni caricati impattano sulla ionosfera superiore ionizzata. In un lavoro precedente Cohen e altri hanno scoperto che quando la conduttanza e l'impedenza di ciascuno sono simili in magnitudine, i tre esopianeti Trappist e, f e g, potrebbero sperimentare un riscaldamento resistivo a corrente continua (DC) fino a 1 watt per metro quadrato, l'1% della radiazione solare incidente e da 5 a 15 volte l'energia stellare dalla radiazione ultravioletta estrema. Questo 'riscaldamento Joule' potrebbe potenzialmente spogliare l'atmosfera di uno qualsiasi di questi pianeti. (Sulla Terra, il riscaldamento Joule è di circa 0,01 W/m2.)

Adesso Cohen e colleghi hanno modellato un secondo fenomeno che potrebbe influenzare le atmosfere planetarie di Trappist-1: il riscaldamento dovuto al movimento del pianeta stesso. Correnti elettriche alternate (AC) verranno generate nell'atmosfera superiore del pianeta mentre incontra un campo magnetico stellare mutevole mentre il pianeta orbita attorno alla sua stella (legge di induzione di Faraday).

I pianeti vicini orbitano molto velocemente—il periodo orbitale di Trappist-1e è solo di 6,1 giorni terrestri—e il rapido cambiamento del campo magnetico di base porta alla generazione di forti correnti ionosferiche che dissipano e creano un riscaldamento potenzialmente molto alto, che chiamano riscaldamento Joule guidato dalla tensione.

Because astronomers do not have measurements of Trappist-1's stellar wind and magnetic field, the group used validated physics-based models to calculate its energy output, its solar wind and the changing magnetic field at the Trappist-1e distance. Using reasonable estimates for the width of Trappist 1e's ionosphere, its conductance and the magnitude of the changing magnetic field, their results show that the Joule heating energy flux in the upper atmosphere of the planet would vary from 0.01 to 100 W/m2, a significant amount of heating that may be greater than that due to extreme-ultraviolet and 1 to 10% of the stellar energy flux at the planet.

They conclude that such intense values could cause a strong atmospheric escape and 'could lead to a rapid loss of the atmosphere.' It means astrobiologists and others should take Joule heating into account when considering an exoplanet's habitability.

'It is likely that both mechanisms operate together in close-in exoplanets,' said Cohen. 'Therefore, our work (and our solar system knowledge) may suggest that exoplanets located very close to the star are likely bare planets with no atmosphere.'

Cohen notes that their work has a political element, as many teams are investigating the atmospheres of Trappist-1 planets. The James Webb Space Telescope (JWST) has already started to observe this system's planetary atmospheres (finding none), and there are plans to do more. 'This may be a bit of a waste of resources if there is no atmosphere to study,' said Cohen.

Journal information: Astrophysical Journal

© 2024 Science X Network