Webb osserva un’atmosfera spessa attorno a TOI-561 b, la super-Terra di lava

Il telescopio spaziale James Webb ha rilevato l’atmosfera più convincente mai osservata su un pianeta roccioso extrasolare.

Il mondo in questione è TOI-561 b, una super-Terra ultra-calda con un oceano di magma e una spessa atmosfera ricca di gas volatili. Questa scoperta sfida le teorie sulla sopravvivenza delle atmosfere su pianeti così vicini alla loro stella madre.

TOI-561 b: una super-Terra ultra-calda con caratteristiche uniche

TOI-561 b è un esopianeta roccioso classificato come super-Terra. Ha un raggio circa 1,4 volte quello della Terra e orbita attorno alla sua stella ogni meno di 11 ore, una condizione che lo colloca nella rara categoria dei pianeti a periodo ultra-corto (USP). La distanza dalla stella madre è inferiore a 1,5 milioni di chilometri, circa un quarantesimo della distanza fra Mercurio e il Sole, e ciò implica una forte interazione gravitazionale che rende TOI-561 b probabilmente sincrono, con un emisfero costantemente esposto alla radiazione stellare.

Nonostante il suo ambiente estremo, nuove osservazioni condotte con il telescopio Webb suggeriscono che il pianeta non è un corpo roccioso nudo, ma è circondato da un’atmosfera sostanziale e persistente.

Una densità sorprendentemente bassa per un pianeta roccioso

Uno degli aspetti che ha attirato l’attenzione degli scienziati è la densità anomala di TOI-561 b, inferiore a quella prevista per un pianeta con composizione terrestre. Secondo Johanna Teske, ricercatrice presso il Carnegie Science Earth and Planets Laboratory, il pianeta non rientra nella categoria dei cosiddetti super-puff, ma mostra comunque una densità inaspettatamente bassa.

Una delle spiegazioni possibili è una composizione interna poco densa, con un nucleo ferroso ridotto e un mantello costituito da rocce meno compatte rispetto a quelle terrestri. Tale ipotesi è coerente con il fatto che TOI-561 b orbita attorno a una stella antica, povera di ferro, situata nella componente “spessa” (thick disk) della Via Lattea. Questo indicherebbe una formazione in un ambiente chimico differente da quello dei pianeti del nostro Sistema Solare.

Una spessa atmosfera sopra un oceano di magma globale

Il telescopio Webb, attraverso lo strumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), ha permesso di misurare l’emissione termica del lato diurno del pianeta. La temperatura osservata — circa 1.800 °C (3.200 °F) — è significativamente più bassa di quanto previsto per una superficie rocciosa esposta direttamente alla radiazione stellare, che dovrebbe raggiungere i 2.700 °C (4.900 °F) in assenza di atmosfera.

Questa differenza implica la presenza di un’atmosfera in grado di:

• redistribuire il calore verso il lato notturno del pianeta tramite venti intensi, riducendo la temperatura media osservata;
• assorbire e riflettere parte della radiazione infrarossa, alterando la firma termica rilevata dal telescopio.

La presenza di nubi di silicati ad alta riflettanza e di gas come il vapore acqueo può spiegare il raffreddamento osservato. Queste nubi e gas assorbono o riflettono la radiazione prima che raggiunga lo strumento di osservazione, facendo apparire il pianeta più freddo di quanto non sia.

Atmosfera e magma in equilibrio dinamico

L’atmosfera rilevata non è solo persistente, ma potrebbe essere mantenuta da un equilibrio attivo con l’oceano di magma sottostante. Secondo Tim Lichtenberg, co-autore dello studio, i gas volatili emergono dal magma per alimentare l’atmosfera, ma al tempo stesso vengono riassorbiti dalla superficie fusa del pianeta. Questo ciclo continuo suggerisce che TOI-561 b sia un pianeta ricco di elementi volatili, molto più della Terra.

Questo equilibrio tra degassamento e riassorbimento potrebbe spiegare perché, nonostante l’intensa radiazione stellare, l’atmosfera non si sia completamente dispersa nello spazio. I modelli di evoluzione planetaria devono ora considerare che anche mondi estremamente vicini alla propria stella possono conservare un involucro gassoso sostanziale per tempi astronomicamente lunghi.

Osservazioni NIRSpec: emissioni nel vicino infrarosso

Le osservazioni sono state condotte nel maggio 2024, all’interno del programma General Observers 3860 del James Webb Space Telescope. L’esperimento ha previsto più di 37 ore di osservazione continua del sistema, coprendo quasi quattro orbite complete del pianeta attorno alla sua stella.

Il metodo utilizzato è quello della eclissi secondaria: quando TOI-561 b passa dietro la sua stella, la diminuzione nella luminosità combinata permette di isolare l’emissione infrarossa del pianeta. L’analisi dello spettro termico mostra una firma coerente con la presenza di gas volatili e un’attività atmosferica intensa.

Una super-Terra con caratteristiche primordiali

TOI-561 b orbita attorno a una stella molto più antica del Sole, con un’età stimata doppia rispetto alla nostra stella. Ciò implica che il pianeta si sia formato in una fase molto precoce dell’evoluzione galattica, in un ambiente povero di metalli pesanti. La sua composizione chimica, pertanto, potrebbe rappresentare una testimonianza diretta dei primi pianeti rocciosi della Via Lattea.

Questo rende TOI-561 b un laboratorio naturale per lo studio della formazione planetaria nei primi miliardi di anni dell’universo. Analizzare la sua struttura, atmosfera e composizione permette di comprendere meglio come si sono evoluti i primi mondi rocciosi e quali fattori abbiano influito sulla loro capacità di trattenere gas atmosferici.

Prospettive per la caratterizzazione atmosferica degli esopianeti

Le osservazioni di TOI-561 b rappresentano un punto di svolta per la caratterizzazione delle atmosfere su pianeti rocciosi. Finora, si riteneva che pianeti piccoli, esposti a intensa radiazione stellare per miliardi di anni, fossero completamente privi di atmosfera. TOI-561 b smentisce questa ipotesi e mostra che le atmosfere possono persistere, anche in condizioni estreme, se sostenute da meccanismi dinamici e da una composizione adeguata.

I risultati suggeriscono nuove strategie osservative per identificare e analizzare altri esopianeti con atmosfere sottili o esotiche, in particolare quelli vicini alle loro stelle. I dati provenienti dal Webb saranno fondamentali per definire modelli climatici planetari e per cercare segnali indiretti di attività geologica o persino biochimica su mondi lontani.

Il ruolo di Webb nella nuova era dell’esplorazione planetaria

Il James Webb Space Telescope si conferma uno strumento senza precedenti per lo studio degli esopianeti rocciosi e delle loro atmosfere. Progettato per operare nel vicino e medio infrarosso, Webb consente di osservare fenomeni complessi come la trasmissione e l’emissione atmosferica in contesti estremi, impossibili da esplorare con strumenti precedenti.

TOI-561 b è solo il primo tra molti mondi che Webb continuerà a indagare nel dettaglio. I dati attualmente in fase di analisi potrebbero fornire mappe di temperatura tridimensionali, informazioni sulla circolazione atmosferica, sulla composizione chimica e sulla dinamica interna dei pianeti extrasolari. La scoperta di un’atmosfera su TOI-561 b segna un passo decisivo nella comprensione dell’abitabilità e della diversità planetaria nella galassia.