Una nuova indagine condotta da un team internazionale di astronomi utilizzando i dati del telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA su K2-18 b, un esopianeta 8,6 volte più massiccio della Terra, ha rivelato la presenza di molecole contenenti carbonio, tra cui metano e anidride carbonica. La scoperta si aggiunge a studi recenti che suggeriscono che K2-18 b potrebbe essere un esopianeta hycean, che ha il potenziale di possedere un’atmosfera ricca di idrogeno e una superficie ricoperta di acqua oceanica.
La prima comprensione delle proprietà atmosferiche di questo esopianeta nella zona abitabile è arrivata dalle osservazioni con il telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA, che hanno dato il via a ulteriori studi che da allora hanno cambiato la nostra comprensione del sistema.
K2-18 b orbita attorno alla stella nana fredda K2-18 nella zona abitabile e si trova a 120 anni luce dalla Terra nella costellazione del Leone. Gli esopianeti come K2-18 b, che hanno dimensioni comprese tra quelle della Terra e di Nettuno, sono diversi da qualsiasi cosa nel nostro Sistema Solare. Questa mancanza di pianeti vicini equivalenti significa che questi “sub-Nettuno” sono poco conosciuti, e la natura delle loro atmosfere è oggetto di dibattito tra gli astronomi. L’ipotesi che il sub-Nettuno K2-18 b possa essere un esopianeta hycean è intrigante, poiché alcuni astronomi ritengono che questi mondi siano ambienti promettenti per la ricerca di prove della vita sugli esopianeti.
“I nostri risultati sottolineano l’importanza di considerare diversi ambienti abitabili nella ricerca della vita altrove”, ha spiegato Nikku Madhusudhan, astronomo dell’Università di Cambridge e autore principale dello studio che annuncia questi risultati. “Tradizionalmente, la ricerca della vita sugli esopianeti si è concentrata principalmente sui pianeti rocciosi più piccoli, ma i mondi hycean più grandi sono significativamente più favorevoli alle osservazioni atmosferiche”.
L’abbondanza di metano e anidride carbonica e la carenza di ammoniaca supportano l’ipotesi che potrebbe esserci un oceano sotto un’atmosfera ricca di idrogeno su K2-18 b. Queste osservazioni iniziali di Webb hanno fornito anche la possibile rilevazione di una molecola chiamata dimetil solfuro (DMS). Sulla Terra, questo è prodotto solo dalla vita. La maggior parte del DMS nell’atmosfera terrestre è emessa dal fitoplancton negli ambienti marini. L’inferenza del DMS è meno robusta e richiede un’ulteriore convalida. “Le prossime osservazioni di Webb dovrebbero essere in grado di confermare se il DMS è effettivamente presente nell’atmosfera di K2-18 b a livelli significativi”, ha spiegato Madhusudhan.
Anche se K2-18 b si trova nella zona abitabile ed è ora noto che ospita molecole contenenti carbonio, ciò non significa necessariamente che il pianeta possa sostenere la vita. Le grandi dimensioni del pianeta – con un raggio 2,6 volte il raggio della Terra – significa che l’interno del pianeta probabilmente contiene un ampio mantello di ghiaccio ad alta pressione, come Nettuno, ma con un’atmosfera più sottile ricca di idrogeno e una superficie oceanica. Si prevede che i mondi hycean abbiano oceani d’acqua. Tuttavia, è anche possibile che l’oceano sia troppo caldo per essere abitabile o liquido.
“Sebbene questo tipo di pianeta non esista nel nostro sistema solare, i sub-Nettuno sono il tipo di pianeta più comune finora conosciuto nella galassia”, ha spiegato Subhajit Sarkar (Università di Cardiff), membro del team “Abbiamo ottenuto lo spettro più dettagliato fino ad oggi di un sub-Nettuno nella zona abitabile, e questo ci ha permesso di capire le molecole che esistono nella sua atmosfera”.
La caratterizzazione delle atmosfere degli esopianeti come K2-18 b, ovvero l’identificazione dei loro gas e delle condizioni fisiche, è un’area molto attiva in astronomia. Tuttavia, questi pianeti sono letteralmente offuscati dal bagliore delle loro stelle madri, molto più grandi, il che rende l’esplorazione delle atmosfere degli esopianeti particolarmente impegnativa. Il team ha eluso questa sfida analizzando la luce proveniente dalla stella madre di K2-18 b mentre attraversava l’atmosfera dell’esopianeta. K2-18 b è un esopianeta transiente, il che significa che possiamo rilevare un calo di luminosità mentre passa davanti alla faccia della sua stella madre. Ecco come è stato scoperto per la prima volta l’esopianeta. Ciò significa che durante i transiti, una piccola frazione della luce stellare passerà attraverso l’atmosfera dell’esopianeta prima di raggiungere telescopi come Webb. Il passaggio della luce stellare attraverso l’atmosfera dell’esopianeta lascia tracce che gli astronomi possono mettere insieme per determinare i gas dell’atmosfera dell’esopianeta.
“Questo risultato è stato possibile solo grazie all’esteso intervallo di lunghezze d’onda e alla sensibilità senza precedenti di Webb, che ha consentito un rilevamento affidabile delle caratteristiche spettrali con soli due transiti“, ha continuato Madhusudhan. “Per fare un confronto, un’osservazione di transito con Webb ha fornito una precisione paragonabile a otto osservazioni con Hubble condotte nell’arco di pochi anni e in un intervallo di lunghezze d’onda relativamente ristretto”. “Questi risultati sono il prodotto di sole due osservazioni di K2-18 b, con molte altre in arrivo”, ha spiegato il membro del team Savvas Constantinou, dell’Università di Cambridge. “Ciò significa che il nostro lavoro qui non è che una prima dimostrazione di ciò che Webb può osservare negli esopianeti nella zona abitabile”.
Il team intende ora condurre ricerche di follow-up con lo spettrografo MIRI (Mid-InfraRed Instrument) del telescopio che spera possa convalidare ulteriormente i risultati e fornire nuove informazioni sulle condizioni ambientali su K2-18 b. “Il nostro obiettivo finale è l’identificazione della vita su un esopianeta abitabile, che trasformerebbe la nostra comprensione del nostro posto nell’Universo“, ha concluso Madhusudhan. “Le nostre scoperte rappresentano un passo promettente verso una comprensione più profonda dei mondi hycean in questa ricerca”.
I risultati del team sono accettati per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters.
