Una super-Terra abitabile e con acqua: diamo i numeri.

K2-18b ha acqua nella sua atmosfera, ma è veramente abitabile?

In questi giorni siamo stati bombardati da quanto scoperto su K2-18 b, una super-Terra orbitante attorno ad una nana rossa lontana 111 anni luce dalla Terra, la prima di cui si sia osservata l’atmosfera e che si trovi nella zona abitabile. Vediamo un po’ di inquadrare quanto scoperto, per capirne l’effettiva portata.

In questi giorni siamo stati bombardati da quanto scoperto su K2-18 b, una super-Terra orbitante attorno ad una nana rossa lontana 111 anni luce dalla Terra, la prima di cui si sia osservata l’atmosfera e che si trovi nella zona abitabile.
Vediamo un po’ di inquadrare quanto scoperto, per capirne l’effettiva portata.

 

Immagine artistica di una super Terra

 

Qualche dato generale

Prima di tutto, collochiamo il pianeta all’interno di quanto conosciamo.

I dati della missione Kepler indicano che la percentuale di pianeti, con masse comprese tra uno e dieci volte quelle della Terra e nella zona abitabile delle stelle, dovrebbe attestarsi tra il 5% e il 20% del totale. Kepler ha inoltre rilevato che circa il 40% delle nane rosse di classe M ospitano pianeti relativamente piccoli (1 – 2 raggi terrestri, R⊕) nella zona abitabile.

Studi raffinati sulla distribuzione dei raggi planetari tra i pianeti con dimensioni inferiori a quelli di Nettuno hanno mostrato una significativa bassa presenza di pianeti tra 1,5 e 2,0 R⊕.

Questo si può spiegare supponendo che la radiazione stellare influisca sulla composizione dei pianeti e della loro atmosfera.

In questo quadro, per le super – terre più irradiate ci si aspetta di trovare principalmente composizioni rocciose ed un raggio relativamente piccolo, mentre per le meno irradiate ci si attende che trattengano in minima parte atmosfere primordiali ricche di idrogeno, le quali gonfiano il loro raggio fino a valori superiori a 2,0 R⊕.

Nonostante l’abbondanza relativa di questi pianeti, rilevarne le condizioni e le proprietà atmosferiche è estremamente difficile, ed è fino ad oggi una impresa non comune. La maggior parte dei sistemi planetari rilevati nell’originale missione Kepler erano estremamente tenui da rilevare, rendendo una caratterizzazione spettroscopica dei pianeti esageratamente inaffidabile.

Le caratteristiche del pianeta

Il pianeta K2-18b orbita in 33 giorni a 0,143 UA intorno ad una fredda nana rossa di classe M3, e riceve da essa all’incirca la stessa quantità di radiazione che la Terra riceve dal Sole (1441 ± 80 W/m2 contro 1370 W/m2), con una differente distribuzione spettrale rispetto alla Terra, il che lo rende comunque un buon candidato per ospitare nuvole di acqua.

Il suo sole è molto più freddo e piccolo del nostro Sole (temperatura superficiale 3503 K, raggio 0,46 R solari) ed ha solo il 2,7% della luminosità del Sole.

La temperatura superficiale media di K2-18b, tenendo conto della sola albedo riscontrata (A= 0,30) e della radiazione ricevuta, dovrebbe attestarsi attorno a 265 ± 5K (-8 ± 5 °C).
Per confronto, tenendo conto dei medesimi dati la Terra (con una albedo pari a 0,365), dovrebbe avere una temperatura media di 257 K (-16 °C). Ovviamente, la Terra ha una temperatura media maggiore (287 K, 14 °C) per via dell’effetto serra dovuto all’atmosfera.

Il pianeta ha una massa di 8,63 ± 1,35 M⊕ (masse terrestri) ed un raggio di 2,71 ± 0,07 R⊕. Con questi dati, se ne deduce che la gravità superficiale dovrebbe essere pari a 1,18 volte quella sulla superficie della Terra, il che vuol dire che una persona di 70 kg peserebbe circa 82 kg su K2-18b.

Con un relativamente basso flusso incidente, e con un raggio misurato di 2,71 ± 0,07 R⊕, si attendeva che K2-18b trattenesse una estesa atmosfera, ricca di idrogeno, il che lo rendeva un obiettivo interessante per uno studio di caratterizzazione atmosferica, utilizzando la spettroscopia ad assorbimento.

Le osservazioni

Le indagini sul pianeta sono state effettuate nell’arco di tre anni con la Wide Field Camera 3 sul telescopio spaziale Hubble (HST/WFC3), con il Telescopio spaziale Spitzer e con il telescopio spaziale Kepler nella missione K2.
Il piccolo diametro della stella dà luogo a grandi diminuzioni di luminosità, mentre la durata del transito e la riduzione della durata di segnale dovuto all’atmosfera si riducono con l’inverso del quadrato del raggio stellare.

Inoltre, i mediamente rapidi periodi orbitali dei pianeti orbitanti nelle zone abitabili attorno alle nane rosse (30 – 70 giorni) consentono ripetute osservazioni in tempi relativamente brevi. Questo significa che per K2-18b si è stati in grado di osservare otto transiti in un periodo di tre anni.
Fortuna vuole che K2-18b orbiti attorno ad una relativamente brillante stella ospite, il che consente una dettagliata caratterizzazione della sua atmosfera. Molti studi atmosferici non hanno dato risultati per via della presenza di nuvole ad alta altitudine, ma non è stato questo il caso.
Tra l’altro, K2-18 è risultata essere una stella molto tranquilla, con macchie non molto estese ed una rotazione sul proprio asse che si compie in 39 giorni circa.

I risultati

I diversi spettri ottenuti sono stati integrati tra loro e confrontati con una serie di modelli delle atmosfere planetarie. Risulta un assorbimento ad 1,4 µm, corrispondente alla presenza di vapore acqueo, mentre l’intero spettro mostra affinità con un’atmosfera ricca di idrogeno e con vapore acqueo fino al 50%, probabilmente associata alla presenza di nuvole di vapore acqueo.

Il che vuol dire che è un pianeta abitabile? Probabilmente no. Il pianeta è molto vicino alla sua stella, quindi verosimilmente è in rotazione sincrona con essa, e le mostra sempre la stessa faccia. Di fatto, quindi, il lato esposto al calore dovrebbe essere molto caldo, e quello opposto molto freddo; il che comporta sicuramente venti fortissimi che scorrono da un lato all’altro nel tentativo di riequilibrare le temperature.

Inoltre, se l’atmosfera è molto spessa la temperatura superficiale è sicuramente molto elevata, un po’ come accade a Venere.

Da ultimo, il pianeta è esposto ai venti che il suo sole molto vicino scaglia nello spazio. Anche se apparentemente calma, K2-18 potrebbe in ogni caso essere mortalmente vicina.

Una scoperta comunque importante, viste anche le difficoltà che sono state superate per raggiungere il risultato.

Tuttavia, non una scoperta inaspettata e sorprendente, visto che sicuramente l’acqua non è una sostanza rara nel cosmo. La presenza di acqua su pianeti abitabili non è così improbabile come sembra.

 

Articoli di riferimento QUI e QUI, preprint su arXiv QUI.

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7 Commenti    |    Aggiungi un Commento

  1. Ciao, grazie!

    In effetti io sono sempre molto scettico quando si parla di abitabilità dei sistemi planetari delle nane rosse: sono ambienti a loro modo estremi e la zona abitabile è talmente vicina alla stella che è molto probabile che tutti i pianeti che vi si trovano siano in condizione di blocco mareale e quindi di rotazione sincrona. Non proprio un ambiente ideale... senza contare appunto i venti che spirerebbero da un emisfero all'altro.

    Molto più interessanti sedondo me sono i sistemi planetari delle stelle arancioni, anche se sono molto più difficili da scoprire: le stelle K V sono tantissime, non quanto le nane rosse ma molte più delle stelle G V, sono stabili per decine di miliardi di anni, non hanno eruzioni violente, hanno una fascia abitabile non troppo vicina e così i pianeti al suo interno non sarebbero in rotazione sincrona, la radiazione starebbe su lunghezze d'onda già più vicine a quelle di una stella come il Sole, anche se appunto spostate sull'arancione.

  2. Infatti, anche secondo me sono molto interessanti.
    Dovessi scegliere su quali classi stellari concentrarmi per cercare pianeti abitabili, punterei su stelle di classe K e G, e magari anche su quelle di classe F con massa minore.
    Una F8 ha la zona abitabile tra 1.1 e 2.2 UA, e una vita abbastanza lunga, pianeti posti a circa 2 UA potrebbero essere abbastanza lontani da non subire eccessivamente i raggi UV.

  3. Penso che il problema nasce dall'impostazione iniziale dell'argomento, un conto è cercare pianeti con la nostra stessa rarità (poco scontata) e chiedersi se possa ospitare forme di vita, un altro è chiedersi se questi pianeti sono abitabili per l'uomo che sarebbe l'ultima delle probabilità, lo studio principale credo che non si basa sulla possibilità di avere un altro pianeta abitabile per l'uomo, ma la seconda possibilità e credo che sia anche più semplice concentrarsi su questo che cercare le terme dove andare in ferie...

  4. @frignanoit tutto giusto, ma è anche da dire che un pianeta in rotazione sincrona, con un emisfero a 200°C e uno a -150°C e una fascia di 1000 km al terminatore con temperature miti ma probabilmente con venti costanti a centinaia di km/h non credo che sia particolarmente adatto in generale per le forme di vite diciamo "complesse", ossia che vadano al di là della semplice unità base (da noi è la cellula, altrove chissà cos'è ma comunque un'unità base ci deve comunque essere).

    Poi è ovvio che la ricerca è ricerca e per questa ci interessano anche i gioviani ultracaldi, ci mancherebbe. Ma da qui a dire che il pianeta è adatto alla vita (qualsiasi tipo di vita) ce ne passa. Magari è adatto affinché la vita nasca (ma alla fine la vita pare che sia più resiliente di quanto si possa credere), ma non credo proprio affinché ci evolva in strutture complesse.

    PS senza contare che se l'orbita presenta un accenno di ellitticità, la fascia mite sarà soggetta a librazioni dagli effetti terrificanti, con fasce che in alcuni periodi potrebbero avere temperature molto alte e altri con temperature molto basse.

  5. Teoricamente tutto va bene, ma una qualsiasi base di vita complessa o meno ancora non è stata trovata, è importante capire anche come e dove cercarla, questo non può escludere oggetti come quello in questione o altri più idonei o peggio, perché non sappiamo comunque che pesci prendere se ci saranno, allora penso che fino a quando non avremo un microbo vivente da qualche parte su cui iniziare a mettere le basi per un percorso dove almeno sappiamo che quello può portare a vita, per adesso lo studio si basa alla ricerca della nostra "rarità" che poi con più di 4000 esopianeti scoperti non è neanche tanto rara e forse non abbiamo cercato ancora nel posto giusto, ho letto vari studi sulle probabilità e aree della Via Lattea dove ci possano essere più possibilità di trovare le nostre condizioni, quelle più esterne invece di quelle più interne, ma chi ci dice che sia la strada migliore, potrebbe essere anche il contrario...

  6. Il problema è che un "sistema solare" come il nostro (coi pianeti terrestri interni e i gioviani esterni attorno a una stella che non sia una nana rossa) non sono affatto facili da individuare, perché l'influenza di un gioviano lontano fa "sbandare" la stella molto molto meno che un gioviano in orbita stretta. E individuare poi eventuali pianeti terrestri è ancora più complicato, specialmente se non si tratta di nane rosse. Le nane rosse poi sono facili da indagare anche per pianeti di tipo terrestre, a differenza di tutte le altre stelle.

    Insomma, ormai moltissimi astronomi son convinti che l'unico motivo per cui conosciamo più gioviani caldi che pianeti terrestri è che le nostre tecniche di individuazione favoriscono proprio la scoperta di questo tipo di sistemi, per cui la nostra statistica di sistemi conosciuti potrebbe non rispettare proprio per nulla la reale diffusione dei "sistemi solari" simili al nostro.