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Proxima b, esopianeta ricoperto da un oceano?

Proxima Centauri, la stella più vicina al sole, potrebbe avere un sistema planetario composto da almeno un pianeta. E’ analizzando ed integrando osservazioni precedenti che una tale scoperta è stata recentemente fatta, e questo segna il campo della ricerca degli esopianeti. Queste nuove misurazioni hanno dimostrato che questo pianeta, denominato Proxima Centauri b – o più semplicemente Proxima b -, possiede una massa simile a quella della Terra (1,3 volte quest’ultima) e orbita attorno alla sua stella a una distanza di 0.05 unità astronomiche (un decimo della distanza Sole-Mercurio). Contrariamente a quello che uno possa pensare, una distanza così minima non implica una temperatura elevata sulla superficie di Proxima b. Come Proxima Centauri è una nana rossa, la sua massa e il suo raggio corrispondono a solo un decimo di quello del Sole, e la sua luminosità è mille volte più debole rispetto alla nostra stella. A una tale distanza, Proxima b si trova dunque nella zona abitabile della sua stella. Risulta quindi probabile che abbia acqua allo stato liquido sulla sua superficie e, di conseguenza, delle forme di vita.

Figura 1 - Diagramma massa-raggio che mette a raffronto le posizioni di molti esopianeti conosciuti a quelli dei pianeti del sistema solare. Le curve corrispondono ad alcune composizioni specifiche utilizzate nel modello di struttura interno. La zona di esistenza di Proxima b e disegnato in grigio e prende in considerazione l'incertezza sulla massa e delle sue differenti composizioni possibili.

Figura 1 – Diagramma massa-raggio che mette a raffronto le posizioni di molti esopianeti conosciuti a quelli dei pianeti del sistema solare. Le curve corrispondono ad alcune composizioni specifiche utilizzate nel modello di struttura interno. La zona di esistenza di Proxima b è disegnato in grigio e prende in considerazione l’incertezza sulla massa e delle sue differenti composizioni possibili.

Tuttavia si sa molto poco su Proxima b, in particolare il suo raggio rimane sconosciuto. Risulta quindi impossibile sapere a cosa somigli il pianeta, o di cosa sia fatto. La misurazione di un raggio di un esopianeta si effettua normalmente durante il suo transito, o quando è stato riscontrato l’ultimo eclissarsi dalla sua stella. Ma un tale evento ha una probabilità bassa (1,5 percento) e le molte osservazioni fatte della stella non mostrano alcun effetto di transito.

Esiste un altro metodo per stimare il raggio di un pianeta se conosciamo la sua massa, simulando il comportamento dei materiali di cui è composto. Si tratta del metodo utilizzato da un squadra di ricercatori franco-americani del Laboratorio di Astrofisica di Marsiglia (CNRS/Aix-Marseille Université) e del Dipartimento di Astronomia dell’Università di Cornell. Con l’aiuto di un modello di struttura interna, hanno esplorato le differenti composizioni che Proxima Centauri potrebbe presentare e hanno dedotto i valori corrispondenti del raggio del pianeta. Hanno inoltre ristretto il loro studio ai casi di pianeti potenzialmente abitabili e simulando pianeti densi e solidi, formati da un nucleo metallico e un mantello roccioso come quello dei pianeti tellurici del sistema solare, tutti permettono l’incorporazione di una importante massa d’acqua nella loro composizione.

Confronto dei due casi estremi ottenuti per Proxima b con la Terra. Questo schema mostra la struttura interna di ciascun pianeta. Da sinistra a destra: Proxima b con il più piccolo raggio raggiungibile (65 percento di nucleo metallico, circondato da un mantello roccioso separato in due fasi), la Terra (idem con il 32,5 percento di nucleo), e Proxima b con il più grande raggio consentito (50 percento di mantello roccioso circondato da uno strato d'acqua sotto forma solida e liquida).

Figura 2 – Confronto dei due casi estremi ottenuti per Proxima b con la Terra. Questo schema mostra la struttura interna di ciascun pianeta. Da sinistra a destra: Proxima b con il più piccolo raggio raggiungibile (65 percento di nucleo metallico, circondato da un mantello roccioso separato in due fasi), la Terra (idem con il 32,5 percento di nucleo), e Proxima b con il più grande raggio consentito (50 percento di mantello roccioso circondato da uno strato d’acqua sotto forma solida e liquida).

Queste ipotesi consentono una grande diversità di composizioni di Proxima b, il raggio del pianeta potrebbe variare tra 0,94 e 1,40 volte il raggio della Terra (6.371 chilometri). Lo studio dimostra inoltre che Proxima b possiede un raggio minimo di 5.990 chilometri, e che il solo modo di ottenere questo valore è quello di avere un pianeta molto denso, costituito da un nucleo metallico di una massa pari al 65 percento di quella del pianeta, il resto è metallo roccioso (formato da silicati) presente in questa superficie. Il confine tra questi due materiali è quindi situato a circa 1.500 chilometri di profondità. Con tale composizione, Proxima b è molto vicino alla composizione che si trova sul pianeta Mercurio, che presenta anche esso un nucleo metallico molto solido.

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Questo primo caso, tuttavia, non esclude la presenza di acqua sulla superficie del pianeta, come sulla Terra dove la massa d’acqua non supera lo 0,05 percento della massa del pianeta. Al contrario, Proxima b potrebbe anche presentare un raggio massimale di 8.920 chilometri, a condizione che sia composto dal 50 percento di rocce, circondate dal 50 percento di acqua. In questo caso, Proxima b sarebbe ricoperto da un unico oceano liquido di 200 chilometri di profondità. Al di sotto, la pressione sarà talmente forte che l’acqua liquida si trasformerebbe in ghiaccio ad alta pressione, prima di raggiungere il limite con il mantello a 3.100 chilometri di profondità. In questi due casi estremi, una sottile atmosfera gassosa potrebbe coprire il pianeta, come sulla Terra, rendendo Proxima b potenzialmente abitabile.

Tali risultati forniscono importanti informazioni complementari rispetto a differenti scenari di formazione che sono stati proposti per Proxima b. Alcuni implicano un pianeta completamente asciutto, mentre altre consentono la presenza di un quantitativo significativo d’acqua nella sua composizione. Il lavoro della squadra di ricercatori permette di avere una stima del raggio del pianeta in ognuno di questi scenari. Analogamente, ciò permette di limitare la quantità di acqua disponibile su Proxima b, che è soggetta a evaporazione sotto l’influenza dei raggi ultravioletti e raggi X della stella ospite, che sono molto più violenti di quelli emessi dal Sole.

Future osservazioni di Proxima Centauri permetteranno di affinare questo studio in futuro. In particolare, la misurazione delle abbondanze stellari di elementi pesanti (Mg, Fe, Si…) ridurrà il numero di composizioni possibili per Proxima b, permettendo una determinazione, ancora più precisa, del raggio di Proxima b.

Comunicato stampa del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNRS) francese (link)

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