Il risultato indica che il lato diurno del pianeta ha una temperatura di circa 230°C e suggerisce che non abbia un'atmosfera significativa. Il risultato segna un passo importante nel determinare se i pianeti in orbita attorno a piccole stelle attive come TRAPPIST-1 possano sostenere la vita. E dimostra la capacità del telescopio spaziale di caratterizzare esopianeti temperati delle dimensioni della Terra utilizzando il MIRI.
"Queste osservazioni sfruttano davvero la capacità del medio infrarosso di Webb", ha affermato Thomas Greene, astrofisico dell'Ames Research Center della NASA e autore principale dello studio pubblicato sulla rivista Nature. "Nessun telescopio precedente ha avuto la sensibilità per misurare una luce così fioca nel medio infrarosso".
Pianeti rocciosi e nane rosse
All'inizio del 2017, gli astronomi hanno annunciato di aver scoperto sette pianeti rocciosi in orbita attorno a una stella nana rossa ultrafredda (o nana M) a 40 anni luce dalla Terra. Il sistema è stato chiamato TRAPPIST-1, dal TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), un telescopio robotico di 60 centimetri di diametro installato all’Osservatorio dell’ESO a La Silla in Cile, con cui a maggio 2016 vennero scoperti i primi tre pianeti ed è il sistema planetario conosciuto che ospita il maggior numero di pianeti simili alla Terra (in termini di dimensioni e massa). Sebbene orbitino tutti molto più vicini alla loro stella, dato che tutti potrebbero stare comodamente nell'orbita di Mercurio, ricevono quantità di energia comparabili a quella che il Sole trasmette ai pianeti rocciosi del nostro sistema.
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. Sebbene non si trovi all'interno della zona abitabile del sistema, le osservazioni del pianeta possono fornire informazioni importanti sui suoi pianeti fratelli, così come su quelli di altri sistemi orbitanti attorno a nane rosse.
"Queste stelle sono dieci volte di più di quelle simili al Sole, nella Via Lattea", ha spiegato Greene. "Ma sono anche molto attive: sono molto luminose quando sono giovani ed emettono bagliori e raggi X che possono spazzare via un'atmosfera".
Atmosfera
TRAPPIST-1 b era stata osservato anche dal telescopio spaziale Hubble e dallo Spitzer ma nessuno dei due, pur non avendo trovato prove, era stato in grado di escludere tutte le opzioni.
Un modo per ridurre l'incertezza è misurare la temperatura del pianeta. "Questo pianeta è bloccato in rotazione sincrona con un lato rivolto verso la stella in ogni momento e l'altro nell'oscurità permanente", ha detto Pierre-Olivier Lagage del CEA, coautore dell'articolo. "Se ha un'atmosfera che fa circolare e ridistribuire il calore, il lato diurno sarà più fresco rispetto a quando non c'è atmosfera".
Il team ha utilizzato una tecnica chiamata fotometria dell'eclissi secondaria, in cui MIRI ha misurato il cambiamento di luminosità del sistema mentre il pianeta si spostava dietro la stella. Sebbene TRAPPIST-1 b non sia abbastanza caldo da emettere la propria luce visibile, ha un bagliore infrarosso. Sottraendo la luminosità della sola stella (durante l'eclissi secondaria) dalla luminosità della stella e del pianeta combinati, sono stati in grado di calcolare con successo la quantità di luce infrarossa emessa dal pianeta.
Piccole variazioni di luminosità
Il rilevamento di Webb di un'eclissi secondaria è di per sé una pietra miliare importante. Con la stella più di 1.000 volte più luminosa del pianeta, la variazione di luminosità era inferiore allo 0,1%.
“C'era anche il timore che ci saremmo persi l'eclissi. I pianeti si tirano tutti l'un l'altro, quindi le orbite non sono perfette", ha detto Taylor Bell, il ricercatore post-dottorato presso il Bay Area Environmental Research Institute che ha analizzato i dati. "Ma è stato semplicemente fantastico: l'ora dell'eclissi che abbiamo visto nei dati corrispondeva all'ora prevista entro un paio di minuti".
L'analisi dei dati di cinque osservazioni separate di eclissi secondarie indica che TRAPPIST-1 b ha una temperatura diurna di circa 230°C. Il team ritiene che l'interpretazione più probabile sia che il pianeta non abbia un'atmosfera.
"Abbiamo confrontato i risultati con modelli computerizzati che mostrano quale dovrebbe essere la temperatura in diversi scenari", ha spiegato la co-autrice Elsa Ducrot del CEA. “I risultati sono quasi perfettamente coerenti con un corpo nero fatto di nuda roccia e senza atmosfera per far circolare il calore. Inoltre, non abbiamo visto alcun segno di assorbimento della luce da parte dell'anidride carbonica, che sarebbe evidente in queste misurazioni".
Attualmente, sono in corso ulteriori osservazioni di eclissi secondarie di TRAPPIST-1 b e ora che il team sa quanto possono essere validi i dati, spera di catturare una curva di fase completa che mostri il cambiamento di luminosità del pianeta sull'intera orbita. Ciò consentirà loro di vedere come cambia la temperatura dal giorno alla notte e confermare se c'è o meno un'atmosfera.
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