L'esopianeta Kepler-1520b è così vicino alla sua stella ospite che completa un'orbita in poco più di mezza giornata. In questa stretta vicinanza, Keplero-1520b è bloccato in modo ordinato in una stabilità gravitazionale, mantenendo metà del pianeta rivolta verso la stella e l'altra metà sempre rivolta in direzione opposta. Sfortunatamente per Keplero-1520b, questa disposizione trasforma il lato rivolto verso la stella del pianeta in una massa agitata di rocce fuse e mari di magma, lentamente ribollendo nello spazio.
Anche se Kepler-1520b non è lungo per questa galassia, gli astronomi sono desiderosi di saperne di più sul mondo in via di disintegrazione, posizionato a circa 2000 anni luce dalla Terra. La coda di polvere e detriti simile a una cometa dei pianeti potrebbe fornire informazioni sul processo di formazione fondamentale di tutti i pianeti della galassia. Nuovi telescopi, come James Webb Space Telescope della NASA programmato per il lancio nel 2021, potrebbero essere in grado di sondare la nuvola dietro Kepler-1520b e altri due mondi che si stanno lentamente disintegrando.
"La composizione in un sistema esopianeta potrebbe essere sostanzialmente diversa dal sistema solare", afferma Eva Bodman, ricercatrice di esopianeti presso la Arizona State University. Man mano che vengono scoperti sempre più esopianeti, gli astronomi sono colpiti dall'unicità del nostro sistema solare da altri pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Bodman decise di determinare se fosse possibile misurare la composizione di un piccolo esopianeta roccioso e in via di disintegrazione studiando i detriti che viaggiano sulla sua scia. Ma c'era un problema.
Individuare l'impronta digitale degli elementi rocciosi richiede di studiare i mondi a infrarossi. I telescopi terrestri non sono abbastanza sensibili da individuarli, lasciando solo il telescopio spaziale Spitzer in pensione della NASA e SOFIA, un telescopio trasportato sopra l'atmosfera a bordo di un Boeing 747. Nessuno dei due strumenti ha la portata di cercare il materiale roccioso, Bodman dice. Ma James Webb, progettato per studiare gli esopianeti nell'infrarosso e nelle antiche galassie e gli oggetti più distanti dell'universo, dovrebbe essere in grado di scrutare tra le nuvole di detriti e identificare alcuni dei loro ingredienti.
Il James Webb Space Telescope, il cui lancio è previsto per il 2021, potrebbe essere abbastanza potente da misurare le composizioni interne di esopianeti rocciosi mentre vengono fatti a pezzi dalle loro stelle. (NASA) "Webb sarebbe in grado di misurare le abbondanze relative di diversi minerali", afferma Bodman. "Da ciò, possiamo dedurre che la geochimica dell'interno di questi pianeti era prima che iniziassero a disintegrarsi." Le scoperte di Bodman e del suo team sulla fattibilità dello studio degli esopianeti in via di disintegrazione sono state pubblicate nell'Astronomical Journal alla fine dell'anno scorso.
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Nel 2012, gli scienziati che hanno esaminato i dati del telescopio spaziale Kepler della NASA hanno scoperto che un mondo veniva lentamente distrutto dal calore e dalla pressione, Kepler-1520b. Altri due pianeti distrutti furono trovati negli anni seguenti tra le migliaia di esopianeti scoperti da Keplero e dalla sua missione estesa, K2. Girando le loro stelle in poche ore, questi corpi rocciosi vantano temperature fino a 4.200 gradi Celsius (7.640 gradi Fahrenheit) sulle regioni surriscaldate di fronte alle stelle.
Le temperature estreme guidano la dissoluzione del pianeta. "L'atmosfera è solo vapore di roccia", afferma Bodman. "È il calore puro del pianeta che sta spingendo via questa atmosfera di vapore di roccia."
Le radiazioni prodotte dalle stelle spingono contro le atmosfere vaporizzate del pianeta, creando una coda torbida. Sebbene Keplero non fosse in grado di misurare direttamente quanto fossero grandi i pianeti avvolti, le simulazioni suggeriscono che si trovano tra le dimensioni della luna e di Marte. Ancora più compatto e il processo di disintegrazione si interrompe.
Tuttavia, questi oggetti non erano sempre così piccoli e avvizziti. Si ritiene che Keplero-1520b e gli altri due oggetti simili si siano formati come giganti gassosi, dopo di che sono emigrati verso le loro stelle ospiti e sono stati spogliati fino al nucleo roccioso.
Negli ultimi anni, gli scienziati esopianeti hanno fatto passi da gigante studiando le atmosfere di grandi pianeti gassosi che orbitano attorno ad altre stelle. Gran parte di quel materiale è ricco di idrogeno ed elio e può essere identificato usando il telescopio spaziale Hubble della NASA. Ma i materiali rocciosi ricadono su una parte diversa dello spettro, "in lunghezze d'onda che Hubble non può attualmente raggiungere", afferma Knicole Colon, un astrofisico di ricerca presso il Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland che ha studiato il pianeta in via di disintegrazione K2-22. "Con James Webb, saremmo in grado di raggiungere quelle lunghezze d'onda."
Usando Webb per cacciare materiali come ferro, carbonio e quarzo, gli astronomi avrebbero una migliore comprensione di ciò che accade all'interno di mondi lontani. "Se fossimo in grado di rilevare una di queste caratteristiche, potremmo dire con una certa certezza da cosa sono fatti questi corpi rocciosi", afferma Colon. "Questo potrebbe sicuramente essere molto istruttivo per comprendere gli esopianeti rocciosi in generale."
I pianeti si formano dalla nuvola di polvere e gas rimasti dopo la nascita di una stella. Gli scienziati pensano che i mondi del sistema solare siano stati creati da un processo noto come accrescimento di ghiaia, in cui piccoli pezzi di polvere e gas si uniscono per creare oggetti sempre più grandi. Alla fine, i nuclei dei giganti gassosi diventano abbastanza grandi da attrarre il gas residuo, formando le loro atmosfere spesse. Ma i passaggi esatti rimangono difficili da definire.
Gli interni dei pianeti attorno ad altre stelle potrebbero variare a seconda degli elementi trovati in quel particolare ambiente. L'ordinamento attraverso queste differenze potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere meglio quei primi stuzzicanti primi passi della formazione del pianeta.
La rappresentazione di un artista di un esopianeta roccioso delle dimensioni della Terra in orbita attorno a un'altra stella. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) "Non vi è alcun motivo per cui il sistema solare dovrebbe essere diverso dagli esopianeti e viceversa", afferma Colon. "Siamo tutti pianeti, quindi ci siamo tutti formati in modi forse simili. Comprendere questi pianeti è un altro passo nel processo per un quadro più ampio."
Ma anche con processi di formazione simili, Bodman sospetta che i pianeti attorno ad altre stelle potrebbero non sembrare così familiari. "La composizione in un sistema esopianeta potrebbe essere sostanzialmente diversa dal sistema solare", afferma.
Sebbene Webb sarà solo in grado di prendere in giro le informazioni sulla composizione dell'esopianeta, gli strumenti avanzati un giorno potrebbero consentire ai pianeti in via di disintegrazione di rivelare ancora di più su se stessi. Mentre i pianeti si erodono, gli astronomi potrebbero avere uno sguardo senza precedenti nei loro interni, possibilmente fino al centro. "In teoria, potremmo sapere di più su questi esopianeti che persino sulla Terra, e sicuramente più degli altri pianeti del sistema solare", afferma Bodman.
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A differenza delle stelle, che possono brillare per decine di miliardi di anni, i mondi distrutti restano solo per un periodo relativamente breve. Le simulazioni suggeriscono che pianeti come K2-22 hanno solo circa 10 milioni di anni prima di essere completamente distrutti. E poiché tutti e tre i mondi orbitano attorno a stelle che hanno miliardi di anni, probabilmente non sono stati nelle loro posizioni attuali per molto tempo.
Bodman e Colon pensano entrambi che i pianeti condannati probabilmente si siano formati molto lontano nel loro sistema e poi siano migrati verso l'interno nel tempo. Le interazioni con altri pianeti potrebbero averli scagliati sulle loro fatidiche traiettorie, sebbene tutti e tre questi pianeti in via di disintegrazione siano gli unici satelliti conosciuti delle loro stelle ospiti. Bodman afferma che è probabile che solo recentemente i mondi abbiano iniziato un'orbita stretta delle loro stelle, ma come sono arrivati lì rimane una domanda aperta.
La breve durata di un pianeta in via di disintegrazione - solo un capovolgimento nella vita più lunga di una stella - è probabilmente il motivo per cui sono stati trovati così pochi di questi mondi. "Sono decisamente rari", afferma Bodman.
Entrambe le donne concordano sul fatto che ci sono buone probabilità che un altro o due esopianeti in disintegrazione siano contenuti nei dati di Keplero, in particolare i risultati più recenti di K2. E il recente Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), che ha già trovato centinaia di nuovi pianeti, produrrà ancora di più.
"Penso che ci vorrà del tempo per setacciare tutto, ma spero che ne troveremo di più", afferma Colon.
