I mondi d’acqua sono più comuni di quanto creduto

Una ricerca suggerisce la loro inattesa diffusione nella Galassia

Un immaginario mondo acquatico di una stella nana rossa.

L’acqua liquida sembra essere una condizione ottimale per la vita come la conosciamo. Non è soltanto una questione di chimica poiché il ciclo dell’acqua condiziona fortemente anche lo sviluppo delle condizioni fisiche che noi consideriamo ospitali per la vita stessa.

Ad esempio, il vapore acqueo è responsabile di un benefico effetto serra che mantiene la temperatura media a valori gradevoli. Se il tenore di vapore acqueo nella nostra atmosfera fosse basso, la Terra sarebbe un mondo ghiacciato con temperature medie ben sotto lo zero. Viceversa, un eccesso provocherebbe un innalzamento delle temperature globali con conseguente scioglimento delle calotte polari.

Una scena tratta dal film Waterworld di Kevin Reynolds (USA, 1995).

Qualcosa del genere è stato immaginato nel film Waterworld (1995) in cui i protagonisti vivevano in un mondo completamente ricoperto da un oceano e le terre emerse erano considerate un mito. Certamente un’esagerazione: anche con il completo scioglimento dei ghiacci, alcune zone sarebbero sommerse dalle acque ma i continenti rimarrebbero.

Tuttavia mondi simili potrebbero esistere, non come un’eccezione ma come la regola intorno alle stelle più comuni, vale a dire le nane rosse di classe M.

Un nuovo studio pubblicato su Science suggerisce che molti più pianeti potrebbero avere grandi quantità di acqua di quanto si pensasse in precedenza. Se non parliamo di oceani superficiali, l’acqua potrebbe esistere sottoforma di sacche sotterranee, almeno pari al 50% della massa complessiva, senza scorrere in superficie.

“È stata una sorpresa vedere prove di così tanti mondi acquatici in orbita attorno al tipo di stella più comune nella galassia, con enormi conseguenze nella ricerca di mondi abitabili”, ha dichiarato Rafael Luque dell’Università di Chicago, autore dello studio insieme a Enric Pallé dell’Istituto Astrofisica delle Canarie.

Oltre alla Terra, che presenta oceani d’acqua superficiale, altri corpi del Sistema Solare sembrano possedere oceani interni.

Uno studio demografico

Grazie alle campagne di ricerca che sono state intraprese, gli astronomi hanno adesso un buon numero di esempi per una valida analisi statistica sugli esopianeti conosciuti. È migliorata nel frattempo pure la capacità di analisi e, dalle informazioni ottenute, possiamo caratterizzare tali mondi, almeno in modo preliminare. In altri termini, siamo nella condizione di poter eseguire uno studio demografico sulla popolazione esoplanetaria.

A oggi, sono ancora una manciata gli esopianeti fotografati direttamente. Nella netta maggioranza sappiamo della loro esistenza grazie alle minuscole variazioni indotte dal loro transito davanti al disco della stella. In certi casi sono rilevati grazie alle variazioni di velocità radiale indotte sulla loro stella oppure, in pochissimi casi, da effetti di microlente gravitazionale.

A prescindere dal metodo di rilevamento, di tali mondi abbiamo informazioni indirette sulle loro caratteristiche fisiche. Da qualche tempo e in modo sempre più dettagliato, possiamo avere informazioni sulla chimica delle loro atmosfere ma poco o nulla possiamo sapere del loro reale aspetto.

Occhi puntati sulle nane rosse

Gli autori dello studio hanno in particolare posto attenzione alle stelle più comuni nella Galassia, cioè le nane rosse di classe M. Intorno a queste piccole stelle sono stati già trovati decine di pianeti, in numero sufficiente per uno studio.

Grazie all’analisi dei dati, o incrociando osservazioni, possiamo tuttavia avere alcune importanti informazioni quali le dimensioni, massa e densità, la distanza dalla stella e la quantità di energia ricevuta. Da queste possono essere desunte, con le dovute cautele, le condizioni fisiche generali.

Si scopre così che quel mondo è un gigante gassoso, un mini-Nettuno, una super-Terra o, magari, un pianeta roccioso come il nostro.

Nonostante gli oltre 5000 esopianeti non era mai stata compita un’analisi statistica per classe spettrale ma solo sull’intera popolazione conosciuta.

Quando il gruppo ha considerato 43 pianeti intorno alle stelle di classe M è emersa una situazione sorprendente.

Troppo leggeri

La densità di una grande percentuale dei pianeti suggeriva che fosse troppo bassa per ritenerli mondi completamente rocciosi. I dati sono compatibili con una costituzione all’incirca metà roccia e metà acqua, o un’altra molecola più leggera.

Diagrammi di raggio di massa (A) e densità di massa (B) per piccoli pianeti in transito attorno a nane M (STPM). In entrambi i pannelli sono tracciati due modelli di composizione teorica (14): una composizione simile alla Terra (32,5% di frazione di massa di ferro e 67,5% di silicati, curva verde) e un pianeta costituito dal 50% di ghiaccio dominato dall’acqua e dal 50% di silicati (curva blu).
[Tratto da Rafael Luque & Enric Palle 2022]
 

Questi mondi potrebbero essere quasi o del tutto ricoperti da oceani globali. Tuttavia, alcuni sono troppo vicini alle loro stelle che l’acqua esisterebbe in una condizione gassosa supercritica dotandoli di atmosfere estese. Questo tipo di pianeti però non compaiono nel campione, quindi è probabile che l’acqua non sia in superficie sottoforma di oceano ma in profondità in falde o mista alle rocce.

Tali condizioni sarebbero simili alle lune ghiacciate nel Sistema Solare dove si pensa che esistano oceani interni.

Questa scoperta rilancia una vecchia ipotesi sulla formazione degli esopianeti, secondo la quale i pianeti si formano più lontani dalla loro stella per poi migrare verso regioni più interne. Tali corpi sono in prevalenza ghiacciati ma avvicinandosi alla stella producono grandi quantità di acqua liquida.

Istogrammi normalizzati del campione STPM. (A): Frequenza in funzione della densità divisa per un modello simile alla Terra. (B): Frequenza in funzione del raggio planetario. Le linee continue mostrano i modelli gaussiani adattati alla distribuzione di ciascun tipo di pianeta.

La prova definitiva dal JWST

Sin qui la teoria. Sebbene le prove siano convincenti sull’esistenza di questi mondi, servono le prove di un mondo acquatico. Questa potrebbe giungere con osservazioni mirate del JWST e possiamo immaginare quanto una tale scoperta sarebbe importante.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 283 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.