Nel febbraio del 2017, un team di astronomi europei ha annunciato la scoperta di un sistema a sette pianeti in orbita attorno alla stella TRAPPIST-1. A parte il fatto che tutti e sette i pianeti erano rocciosi, c'era il vantaggio aggiuntivo di tre di loro in orbita all'interno della zona abitabile di TRAPPIST-1. Da quel momento, sono stati condotti più studi per determinare se uno qualsiasi di questi pianeti potesse essere abitabile.
In accordo con questo obiettivo, questi studi si sono concentrati sul fatto che questi pianeti abbiano o meno atmosfere, le loro composizioni e i loro interni. Uno degli ultimi studi è stato condotto da due ricercatori del Cool Worlds Laboratory della Columbia University, che hanno stabilito che uno dei pianeti TRAPPIST-1 (TRAPPIST-1e) ha un grande nucleo di ferro - una scoperta che potrebbe avere implicazioni per l'abitabilità di questo pianeta.
Lo studio - intitolato "TRAPPIST-1e Has a Large Iron Core", che è apparso di recente online - è stato condotto da Gabrielle Englemenn-Suissa e David Kipping, una studentessa senior e professoressa di astronomia presso la Columbia University, rispettivamente. Per motivi di studio, Englemenn-Suissa e Kipping hanno approfittato dei recenti studi che hanno posto vincoli sulle masse e sui raggi dei pianeti TRAPPIST-1.
Questi e altri studi hanno tratto beneficio dal fatto che TRAPPIST-1 è un sistema a sette pianeti, che lo rende ideale per gli studi sugli esopianeti. Come il professor Kipping ha detto a Space Magazine via e-mail:
"È un meraviglioso laboratorio per la scienza esoplanetaria per tre motivi. Innanzitutto, il sistema ha ben sette pianeti in transito. La profondità dei transiti determina la dimensione di ciascun pianeta in modo da poter misurare le dimensioni in modo abbastanza preciso. In secondo luogo, i pianeti interagiscono gravitazionalmente tra loro portando a variazioni nei tempi dei transiti e questi sono stati usati per inferire le masse di ciascun pianeta, di nuovo con una precisione impressionante. Terzo, la stella è molto piccola essendo un nano M in ritardo, circa un ottavo delle dimensioni del Sole, e ciò significa che i transiti appaiono 8 ^ 2 = 64 volte più profondi di quanto farebbero se la stella fosse di dimensioni Sole. Quindi abbiamo un sacco di cose che lavorano a nostro favore qui. "
Insieme, Englemann-Suissa e Kipping hanno usato misurazioni di massa e raggio dei pianeti TRAPPIST-1 per inferire la frazione di raggio del nucleo minima e massima (CRF) di ciascun pianeta. Questo si basava su uno studio precedentemente condotto (insieme a Jingjing Chen, dottorando presso la Columbia University e membro del Cool Worlds Lab) in cui avevano sviluppato il loro metodo per determinare il CRF di un pianeta. Come Kipping ha descritto il metodo:
“Se conosci la massa e il raggio in modo molto preciso, come il sistema TRAPPIST-1, puoi confrontarli con quelli previsti dai modelli teorici di struttura interna. Il problema è che questi modelli comprendono generalmente quattro strati possibili, un nucleo di ferro, un mantello di silicato, uno strato d'acqua e un involucro volatile leggero (la Terra ha solo i primi due, la sua atmosfera contribuisce in modo trascurabile alla massa e al raggio). Quindi quattro incognite e due quantità misurate sono in linea di principio un problema non vincolato e irrisolvibile. "
Il loro studio ha anche preso in considerazione il lavoro precedente di altri scienziati che hanno tentato di porre dei limiti alla composizione chimica del sistema TRAPPIST-1. In questi studi, gli autori hanno ipotizzato che le composizioni chimiche dei pianeti fossero collegate a quella della stella, che può essere misurata. Tuttavia, Englemann-Suissa e Kipping hanno adottato un approccio più "agnostico" e hanno semplicemente considerato le condizioni al contorno del problema.
"Sostanzialmente diciamo che data la massa e il raggio, non ci sono modelli con nuclei più piccoli di X che possano eventualmente spiegare la massa e il raggio osservati", ha detto. “Il nucleo potrebbe essere più grande di X ma deve essere almeno X poiché nessun modello teorico potrebbe spiegarlo diversamente. Qui, quindi, X corrisponderebbe a quella che potremmo chiamare la frazione minima del raggio del nucleo. Quindi giochiamo allo stesso gioco per il limite massimo. "
Ciò che determinarono fu che la dimensione minima del nucleo di sei pianeti di TRAPPIST-1 era essenzialmente zero. Ciò significa che le loro composizioni potrebbero essere spiegate senza necessariamente avere un nucleo di ferro - per esempio, un mantello di silicato puro potrebbe essere tutto ciò che c'è. Ma nel caso di TRAPPIST-1e, hanno scoperto che il suo nucleo deve comprendere almeno il 50% del pianeta per raggio e, al massimo, il 78%.
Confronta questo con la Terra, dove il solido nucleo interno di ferro e nichel e un nucleo esterno liquido di una lega di ferro-nichel fuso rappresentano il 55% del raggio del pianeta. Tra il limite superiore e inferiore del CRF di TRAPPIST-1e, hanno concluso che deve avere un nucleo denso, probabilmente paragonabile alla Terra. Questa scoperta potrebbe significare che di tutti i pianeti TRAPPIST-1, e è il più "simile alla Terra" e probabilmente ha una magnetosfera protettiva.
Come indicato da Kipping, questo potrebbe avere enormi implicazioni quando si tratta di caccia di esopianeti abitabili e potrebbe spingere TRAPPIST-1e in cima all'elenco:
“Questo mi entusiasma maggiormente di TRAPPIST-1e in particolare. Quel pianeta è un po 'più piccolo della Terra, si trova proprio nella zona abitabile e ora sappiamo che ha un grande nucleo di ferro come la Terra. Sappiamo anche che non possiede un involucro volatile leggero grazie ad altre misurazioni. Inoltre, TRAPPIST-1 sembra essere una stella più tranquilla di Proxima, quindi sono molto più ottimista su TRAPPIST-1e come potenziale biosfera di Proxima b in questo momento. "
Questa è certamente una buona notizia alla luce dei recenti studi che hanno indicato che Proxima b non sarà probabilmente abitabile. Tra la sua stella che emette potenti bagliori che possono essere visti ad occhio nudo con la probabilità che un'atmosfera e acqua liquida non sopravviverebbero a lungo sulla sua superficie, l'esopianeta più vicino al nostro Sistema Solare non è attualmente considerato un buon candidato per trovare un mondo abitabile o vita extra-terrestre.
Negli ultimi anni, Kipping e i suoi colleghi hanno anche dedicato se stessi e il Cool Worlds Laboratory allo studio di possibili esopianeti intorno a Proxima Centauri. Utilizzando il satellite MOST (Microvariability and Oscillation of Stars) dell'Agenzia spaziale canadese, Kipping e i suoi colleghi hanno monitorato Proxima Centauri nel maggio 2014 e di nuovo nel maggio 2015 per cercare segni di pianeti in transito.
Mentre la scoperta di Proxima b alla fine è stata fatta dagli astronomi dell'ESO usando il metodo della velocità radiale, questa campagna è stata significativa nel richiamare l'attenzione sulla probabilità di trovare pianeti terrestri potenzialmente abitabili attorno alle stelle di tipo M (nano rosso) vicine. In futuro, Kipping e il suo team sperano anche di condurre studi su Proxima b per determinare se ha un'atmosfera e determinare quale potrebbe essere il suo CRF.
Ancora una volta, sembra che uno dei tanti pianeti rocciosi in orbita attorno a una stella nana rossa (e che è più vicina alla Terra) potrebbe essere solo un candidato privilegiato per gli studi di abitabilità! Indagini future, che trarranno beneficio dall'introduzione di telescopi di prossima generazione (come il James Webb Space Telescope) senza dubbio rivelerà di più su questo sistema e sui mondi potenzialmente abitabili che ha.
