Una tenue firma di elio, captata a 48 anni luce, apre un nuovo laboratorio per studiare clima ed evoluzione dei mondi lontani
LA NOTIZIA IN BREVE – Per la prima volta un gruppo internazionale di astronomi guidato dall’Università di Harvard ha ottenuto una prova chiara dell’esistenza di un’atmosfera attorno a un esopianeta roccioso situato nella zona abitabile della propria stella. Il mondo si chiama LHS 1140 b, si trova a circa 48 anni luce dalla Terra e orbita attorno a una nana rossa.
La scoperta nasce dalla rilevazione di elio in fuga dagli strati più alti dell’atmosfera durante il transito del pianeta davanti alla stella. Il segnale, osservato con lo spettrografo WINERED del telescopio Magellan “Clay” in Cile, indica la presenza di un involucro gassoso esteso e dinamico, capace di sopravvivere per miliardi di anni.
LHS 1140 b possiede un raggio pari a circa 1,73 volte quello terrestre e una massa di 5,6 Terre. I modelli lo descrivono come una possibile super-Terra ricca d’acqua, forse coperta in gran parte da ghiacci e dotata di una regione liquida rivolta verso la stella. Le prossime osservazioni del James Webb Space Telescope cercheranno acqua, anidride carbonica e altri gas, chiarendo il reale potenziale di abitabilità del pianeta.
Se vuoi andare oltre alla sintesi della nostra notizia leggi qui di seguito l’approfondimento:
L’APPROFONDIMENTO – Un gruppo internazionale di astronomi guidato dall’Università di Harvard ha ottenuto quella che gli studiosi indicano come la prima prova di un’atmosfera attorno a un esopianeta roccioso situato nella zona abitabile della propria stella. Il mondo si chiama LHS 1140 b, si trova a circa 48 anni luce dalla Terra e orbita attorno a una nana rossa. A rivelare il suo involucro gassoso è stata la firma dell’elio in fuga dagli strati più alti dell’atmosfera, rilevata mentre il pianeta transitava davanti alla stella.
La ricerca, coordinata da Collin Cherubim durante il dottorato all’Università di Harvard e pubblicata sulle pagine della rivista Science, segna una tappa decisiva nello studio dei mondi potenzialmente abitabili. Il gruppo comprende scienziati del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, di Carnegie Science, MIT, Space Telescope Science Institute, Johns Hopkins University e altri centri di ricerca statunitensi.
Perché la scoperta rappresenta un primato?
Gli astronomi studiano da tempo le atmosfere degli esopianeti giganti, le cui grandi dimensioni e i cui spessi involucri gassosi lasciano segnali relativamente evidenti nella luce stellare. I mondi solidi producono invece tracce molto più deboli e richiedono strumenti ad alta precisione.
LHS 1140 b possiede un raggio pari a circa 1,73 volte quello terrestre e una massa di 5,6 Terre. Queste caratteristiche lo collocano tra le super-Terre, pianeti più grandi del nostro ma molto più piccoli dei giganti gassosi. Il valore della scoperta deriva prevalentemente dalla sua posizione. LHS 1140 b orbita nella zona abitabile, la regione attorno a una stella nella quale l’energia ricevuta può sostenere temperature compatibili con acqua liquida, quando atmosfera, pressione e clima creano le condizioni adatte.
La rilevazione dell’elio aggiunge quindi il tassello che finora mancava: la prova che un mondo solido e temperato può conservare un involucro gassoso per miliardi di anni.
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Come ha rivelato l’elio la presenza dell’atmosfera?
Visto dalla Terra, LHS 1140 b passa periodicamente davanti alla propria stella. Durante il transito, una piccola parte della luce stellare attraversa gli strati atmosferici del pianeta. Atomi e molecole assorbono specifiche lunghezze d’onda e imprimono nello spettro una firma simile a un codice a barre.
Il gruppo ha cercato il tripletto dell’elio metastabile, formato da tre linee concentrate attorno alla lunghezza d’onda di 1.083 nanometri, nel vicino infrarosso. Questo stato dell’elio compare nelle regioni atmosferiche riscaldate dalla radiazione della stella e permette di seguire i gas che raggiungono quote elevate.
I dati hanno mostrato un assorbimento dell’1,24 per cento nelle due linee principali. La nube di elio raggiunge un’estensione equivalente a circa 1,52 volte il raggio del pianeta e si disperde lentamente nello spazio. La fuga del gas rivela dunque la presenza del serbatoio atmosferico sottostante. La radiazione stellare scalda gli strati superiori, trasferisce energia agli atomi e spinge una parte dell’elio oltre la presa gravitazionale del pianeta.
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Che cosa accadde durante la notte dei due transiti?
Il 23 settembre 2024 il sistema LHS 1140 offrì agli astronomi una configurazione eccezionale. Il pianeta interno LHS 1140 c concluse il proprio passaggio davanti alla stella e, appena 39 minuti dopo, LHS 1140 b iniziò il suo transito. Un allineamento analogo tornerà tra almeno mezzo secolo.
Cherubim e i colleghi seguirono il sistema per sei ore e mezza con il telescopio Magellan “Clay” dell’Osservatorio di Las Campanas, in Cile. Lo spettrografo WINERED, progettato per osservazioni ad alta risoluzione nel vicino infrarosso, raccolse 70 spettri: 35 fuori dai transiti, 12 durante il passaggio di LHS 1140 c e 23 durante quello di LHS 1140 b.
Il doppio evento offrì un confronto particolarmente efficace. I ricercatori osservarono i due pianeti con lo stesso telescopio, la stessa stella e nelle medesime condizioni. LHS 1140 b mostrò la firma dell’elio, mentre LHS 1140 c restituì il profilo stellare.
Il segnale apparve poco prima dell’ingresso del pianeta davanti alla stella e proseguì brevemente dopo l’uscita. Questa forma suggerisce una nube modellata dal vento stellare, con gas distribuito davanti e dietro il pianeta lungo la sua orbita.
Come hanno escluso altre origini del segnale?
Il gruppo ha confrontato la firma osservata con l’attività della nana rossa e con le emissioni prodotte dall’atmosfera terrestre. La linea dell’elio ha seguito i tempi del transito, ha mostrato la larghezza prevista per un flusso planetario e ha occupato la corretta posizione nello spettro.
Gli astronomi hanno inoltre elaborato i dati con procedure indipendenti. Le righe generate nell’atmosfera terrestre presentavano posizioni e variazioni temporali differenti.
I modelli descrivono un flusso idrodinamico alimentato dai raggi X e dalla radiazione ultravioletta estrema della stella. Il vento atmosferico raggiungerebbe temperature comprese tra 5.200 e 5.900 kelvin e disperderebbe nello spazio tra 200 e 420 milioni di grammi di gas al secondo.
La grande massa di LHS 1140 b e la sua gravità permettono comunque al pianeta di conservare una riserva atmosferica per tempi molto lunghi.
Che tipo di mondo è LHS 1140 b?
Scoperto nel 2017, LHS 1140 b completa un’orbita in 24,7 giorni e si trova a circa 14 milioni di chilometri dalla propria stella. La distanza appare ridotta rispetto a quella tra Terra e Sole, ma la nana rossa emette una quantità di energia molto inferiore.
Il pianeta riceve circa il 42 per cento dell’irraggiamento terrestre e possiede una temperatura teorica di equilibrio vicina a 226 kelvin, pari a circa 47 gradi sotto zero. Effetto serra, nubi e circolazione atmosferica possono però modificare profondamente le condizioni presenti sulla superficie.
Le misure di massa e raggio indicano una struttura solida accompagnata da una componente più leggera. Uno degli scenari principali descrive LHS 1140 b come un mondo ricco d’acqua, con una frazione idrica compresa tra il 9 e il 19 per cento della massa totale.
Potrebbe ospitare un oceano?
Le osservazioni del James Webb Space Telescope avevano già aperto all’ipotesi di un pianeta ricco di acqua e circondato da un’atmosfera formata da molecole più pesanti dell’idrogeno. Tra i possibili componenti figurano azoto, anidride carbonica e vapore acqueo.
LHS 1140 b potrebbe seguire una rotazione sincrona, mostrando sempre lo stesso emisfero alla stella. Un lato riceverebbe luce continua, mentre l’altro resterebbe immerso in una lunga notte. Un’atmosfera sufficientemente densa potrebbe trasferire calore tra le due regioni.
Alcuni modelli climatici descrivono una superficie dominata dai ghiacci, con un’area liquida concentrata attorno al punto rivolto verso la stella. Vista dallo spazio, questa zona potrebbe ricordare una pupilla circondata da una distesa chiara, da cui l’espressione “pianeta a occhio”.
Le prossime osservazioni dovranno misurare pressione, temperatura e composizione degli strati atmosferici più profondi per valutare la presenza e l’estensione di eventuali oceani.
Perché l’alta atmosfera contiene tanto elio?
I pianeti giovani possono nascere circondati da involucri di idrogeno ed elio. Nel corso di miliardi di anni, il calore interno e la radiazione della stella spingono una parte di questi gas verso lo spazio.
L’idrogeno, più leggero, si disperde con maggiore facilità. Questo processo, chiamato frazionamento atmosferico, può arricchire di elio gli strati superiori, mentre acqua, carbonio, ossigeno e azoto rimangono nelle regioni più profonde.
I modelli del gruppo indicano nel vento osservato un rapporto tra idrogeno ed elio vicino a uno a mille. Il flusso possiede energia sufficiente per trasportare l’elio, mentre le molecole più pesanti restano legate al pianeta. Le basse temperature degli strati intermedi potrebbero inoltre condensare l’acqua e trattenerla nella parte inferiore dell’atmosfera attraverso un meccanismo definito trappola fredda.
Come ha anticipato la teoria questa scoperta?
Cherubim aveva sviluppato un modello dedicato all’evoluzione dei piccoli pianeti situati al confine tra super-Terre e mini-Nettuno. Il sistema seguiva la perdita atmosferica e gli scambi tra gas, oceani di magma e interno planetario.
Il ricercatore confrontò massa, raggio e temperatura degli esopianeti conosciuti, selezionando quelli capaci di conservare un’alta atmosfera ricca di elio. LHS 1140 b emerse tra i candidati più promettenti. La teoria indicò così il bersaglio, il raro doppio transito offrì l’occasione osservativa e WINERED raccolse la firma prevista. Il risultato mostra la forza di una ricerca nella quale i modelli fisici guidano la scelta dei mondi da analizzare.
Che cosa dice il confronto con LHS 1140 c?
LHS 1140 c orbita attorno alla stessa nana rossa, completa un giro in 3,78 giorni e riceve circa cinque volte l’irraggiamento che raggiunge la Terra. Possiede una massa di 1,91 Terre e un raggio pari a 1,27 volte quello terrestre. Durante il suo transito, l’elio è rimasto sotto la soglia osservativa. La maggiore vicinanza alla stella avrebbe favorito una dispersione più rapida dei gas nel corso della storia del pianeta.
I due mondi mostrano così evoluzioni differenti all’interno dello stesso sistema: LHS 1140 b conserva un’atmosfera estesa, mentre LHS 1140 c possiede un involucro molto più sottile. Il confronto aiuta gli astronomi a definire la cosiddetta linea di costa cosmica, il confine tra i pianeti capaci di trattenere gas per miliardi di anni e quelli che li disperdono più velocemente.
Perché il segnale è cambiato nel 2025?
Una seconda campagna osservativa, condotta nel 2025, ha misurato un assorbimento inferiore alla soglia strumentale dello 0,6 per cento. La variazione indica un flusso atmosferico dinamico. L’attività a raggi X della stella, il vento stellare e la temperatura degli strati superiori possono modificare la quantità di elio metastabile visibile durante ciascun transito.
Una serie di osservazioni distribuite nel tempo permetterà di ricostruire il ritmo della perdita atmosferica e di comprendere meglio il rapporto tra il pianeta e la sua nana rossa.
Che cosa cambia nella ricerca della vita?
Un’atmosfera può distribuire il calore, sostenere la pressione necessaria all’acqua liquida, alimentare cicli chimici e attenuare parte delle radiazioni energetiche. La scoperta colloca quindi LHS 1140 b tra i bersagli più importanti dell’astrobiologia. La rilevazione dell’elio descrive gli strati più alti dell’atmosfera. La valutazione dell’abitabilità richiede ora lo studio delle regioni inferiori, dove potrebbero trovarsi acqua, anidride carbonica, azoto e altri gas. Il James Webb Space Telescope potrà cercare queste molecole, mentre i grandi osservatori terrestri seguiranno le variazioni dell’elio durante i prossimi transiti.
Link utili:
Helium escaping from the atmosphere of a nearby rocky exoplanet orbiting in a habitable zone | Science
Roccioso, in zona abitabile e con atmosfera – MEDIA INAF
赤外線高分散ラボ：Laboratory of Infrared High-resolution spectroscopy WINEREDとは
Note per i lettori
L’immagine usata per questo articolo è stata creata grazie all’utilizzo di un sistema di Intelligenza Artificiale
