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Spitzer: i 7 pianeti del sistema TRAPPIST-1 potrebbero avere composizioni simili

25 gennaio 2021
La misurazione della massa e del diametro di un pianeta rivela la sua densità, che può fornire agli scienziati indizi sulla sua composizione. Gli scienziati ora conoscono la densità dei sette pianeti TRAPPIST-1 con una precisione maggiore di qualsiasi altro pianeta nell'universo, oltre a quelli del nostro Sistema Solare.

La stella nana rossa TRAPPIST-1 ospita il più grande gruppo di pianeti di dimensioni approssimativamente terrestri mai trovato in un singolo sistema stellare. Situati a circa 40 anni luce di distanza, questi sette fratelli rocciosi forniscono un esempio dell'enorme varietà di sistemi planetari che probabilmente riempiono l'universo.
Un nuovo studio pubblicato oggi sul Planetary Science Journal mostra che i pianeti TRAPPIST-1 hanno densità molto simili. Ciò potrebbe significare che contengano tutti circa lo stesso rapporto dei materiali che si ritiene compongano la maggior parte dei pianeti rocciosi come ferro, ossigeno, magnesio e silicio. Ma se questo è il caso, quel rapporto deve essere notevolmente diverso da quello della Terra: i pianeti TRAPPIST-1 sono circa l'8% meno densi di quanto sarebbero se avessero la stessa composizione del nostro pianeta natale. Sulla base di questa conclusione, gli autori dell'articolo hanno ipotizzato che alcune diverse miscele di ingredienti potrebbero dare ai pianeti TRAPPIST-1 la densità misurata.

Alcuni di questi pianeti sono noti dal 2016, quando gli scienziati annunciarono di aver trovato tre pianeti attorno alla stella TRAPPIST-1 utilizzando il Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) in Cile. Le successive osservazioni dello Spitzer Space Telescope della NASA, ora in pensione, in collaborazione con diversi telescopi terrestri, hanno confermato due dei pianeti originali e ne hanno scoperti altri cinque. Gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nella California meridionale, Spitzer ha osservato il sistema per oltre 1.000 ore prima di essere disattivato nel gennaio 2020. Anche i telescopi spaziali Hubble della NASA e Kepler, anch'esso in pensione, hanno studiato il sistema.
Tutti e sette i pianeti TRAPPIST-1, che sono così vicini alla loro stella da avere un orbita simile a quella di Mercurio, sono stati trovati tramite il metodo di transito: gli scienziati non possono vedere i pianeti direttamente (sono troppo piccoli e deboli rispetto al stella), quindi cercano cali nella luminosità della stella creati quando i pianeti si incrociano di fronte ad essa.

Le osservazioni ripetute dei cali di luce stellare combinate con le misurazioni dei tempi delle orbite dei pianeti hanno permesso agli astronomi di stimare le masse e i diametri dei pianeti, che sono stati a loro volta utilizzati per calcolare le loro densità. I calcoli precedenti hanno determinato che i pianeti hanno all'incirca le dimensioni e la massa della Terra e quindi devono anche essere rocciosi o terrestri, al contrario di quelli dominati dal gas, come Giove e Saturno. Il nuovo documento pubblicato offre le misurazioni della densità più precise finora ottenuto per qualsiasi gruppo di esopianeti, i pianeti oltre il nostro Sistema Solare.

Il regno del ferro

Più precisamente gli scienziati conoscono la densità di un pianeta, più limiti possono porre alla sua composizione. Per esempio un fermacarte potrebbe avere all'incirca le stesse dimensioni di una palla da baseball, ma di solito è molto più pesante. Insieme, larghezza e peso rivelano la densità di ogni oggetto, e da ciò è possibile dedurre che la palla da baseball è fatta di qualcosa di più leggero (corda e pelle) e il fermacarte è fatto di qualcosa di più pesante (solitamente vetro o metallo).

Le densità degli otto pianeti nel nostro Sistema Solare variano ampiamente. I giganti gonfi e dominati dai gas - Giove, Saturno, Urano e Nettuno - sono più grandi ma molto meno densi dei quattro mondi terrestri, perché sono composti principalmente da elementi più leggeri come l'idrogeno e l'elio. Anche i quattro mondi terrestri mostrano una certa varietà nelle loro densità, che sono determinate sia dalla composizione di un pianeta che dalla compressione dovuta alla gravità del pianeta stesso. Sottraendo l'effetto della gravità, gli scienziati possono calcolare quella che è nota come densità non compressa di un pianeta e potenzialmente saperne di più sulla composizione di un pianeta.



I sette pianeti TRAPPIST-1 possiedono densità simili - i valori differiscono di non più del 3%. Questo rende il sistema molto diverso dal nostro. La differenza di densità tra i pianeti TRAPPIST-1 e la Terra e Venere può sembrare piccola - circa l'8% - ma è significativa su scala planetaria. Ad esempio, un modo per spiegare perché i pianeti TRAPPIST-1 sono meno densi è che hanno una composizione simile alla Terra, ma con una percentuale inferiore di ferro - circa il 21% rispetto al 32% della Terra, secondo lo studio.

In alternativa, il ferro presente nei pianeti di TRAPPIST-1 potrebbe essere infuso con alti livelli di ossigeno, formando ossido di ferro o ruggine. L'ossigeno aggiuntivo diminuirebbe le densità dei pianeti. La superficie di Marte ottiene la sua tinta rossa proprio dall'ossido di ferro, ma come i suoi tre fratelli terrestri, ha un nucleo composto da ferro non ossidato. Al contrario, se la densità inferiore dei pianeti TRAPPIST-1 fosse causata interamente dal ferro ossidato, i pianeti dovrebbero essere arrugginiti dappertutto e non potrebbero avere nuclei di ferro solidi.
Eric Agol, un astrofisico presso l'Università di Washington e autore principale del nuovo studio, ha affermato che la risposta potrebbe essere una combinazione dei due scenari: meno ferro in generale e un po' più di ferro ossidato.
Il team ha anche esaminato se la superficie di ogni pianeta potesse essere ricoperta d'acqua, che è anche più leggera della ruggine e che cambierebbe la densità complessiva del pianeta. Se così fosse, l'acqua dovrebbe rappresentare circa il 5% della massa totale dei quattro pianeti esterni. In confronto, l'acqua costituisce meno di un decimo dell'1% della massa totale della Terra.

Poiché sono posizionati troppo vicino alla loro stella perché l'acqua rimanga liquida nella maggior parte delle circostanze, i tre pianeti TRAPPIST-1 interni richiederebbero atmosfere calde e dense come quella di Venere, in modo tale che l'acqua possa rimanere legata al pianeta in forma di vapore. Ma Agol dice che questa spiegazione sembra meno probabile perché sarebbe una enorme coincidenza che tutti e sette i pianeti possiedano abbastanza acqua per avere densità simili.



"Il cielo notturno è pieno di pianeti ed è stato solo negli ultimi 30 anni che siamo stati in grado di iniziare a svelare i loro misteri", ha detto Caroline Dorn, astrofisica presso l'Università di Zurigo e coautrice dell'articolo. "Il sistema TRAPPIST-1 è affascinante perché attorno a questa stella possiamo conoscere la diversità dei pianeti rocciosi all'interno di un singolo sistema. E possiamo effettivamente imparare di più su un pianeta studiando anche i suoi vicini, quindi questo sistema è perfetto allo scopo".

fonti: NASA Jet Propulsion Laboratory

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