Caroline Piaulet - kosmomagazine.it
Abbiamo incontrato Caroline Piaulet, astrofisica dottoranda presso l’Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes (iREx) dell’Université de Montréal (Canada). Un team dell’Université de Montréal, guidato dalla dottoranda Caroline Piaulet, ha pubblicato su Nature Astronomy uno studio dettagliato del sistema planetario Kepler-138. Più precisamente, ha scoperto due “mondi acquatici“, cioè due esopianeti pieni di acqua che orbitano attorno ad una stella nana rossa, lontana circa 218 anni luce dalla Terra (1 anno luce corrisponde a circa 9.461 miliardi di chilometri. Con la tecnologia attuale, una navicella spaziale percorrerebbe un anno luce in circa 13.500 anni di viaggio! Il diametro dell’Universo conosciuto, invece, è di circa 92 miliardi di anni luce).
Per leggere la pubblicazione ufficiale della scoperta, pubblicata su Nature Astronomy, clicca QUI.
Come è nata la tua passione per gli esopianeti? Quali esopianeti ti hanno sorpreso di più?
La mia passione per gli esopianeti è nata quando ho scoperto che avremmo potuto studiare la composizione delle atmosfere dei pianeti, presenti nel nostro Sistema Solare e negli altri sistemi stellari! Il fatto che possiamo sondare i gas nelle atmosfere di pianeti lontani non finisce mai di stupirmi.
Uno degli esopianeti che mi ha sorpresa di più è stato sicuramente WASP-107b, il primo pianeta che ho studiato durante il dottorato: è un pianeta delle dimensioni di Giove, e ha una densità talmente bassa da essere paragonabile a quella dello zucchero filato (che follia!).
Come riuscite a studiare l’atmosfera di questi pianeti lontani anni luce, a volte anche centinaia di anni luce? I telescopi possono vedere solo l’ombra degli esopianeti?
Ci sono un paio di modi in cui si può studiare l’atmosfera degli esopianeti, ma il più comune è chiamato “Transmission Spectroscopy“, che è simile all’idea di “ombra” che hai menzionato. Quando un pianeta passa davanti alla sua stella dal nostro punto di vista, proietta un’ombra e, momentaneamente, noi vediamo meno luce della stella (vediamo meno luce perché davanti alla stella transita il pianeta, il quale crea un’ombra e ci fa scoprire la sua esistenza). Chiamiamo questi eventi “transiti” e ci consentono di scoprire pianeti di cui non sapevamo l’esistenza.
Per quanto riguarda lo studio delle atmosfere, durante il transito del pianeta una piccola porzione della luce della stella viene filtrata attraverso l’atmosfera del pianeta, e in questa luce filtrata appaiono le firme delle molecole e degli atomi presenti. Quindi, la “Transmission Spectroscopy” consiste nello scomporre la luce che riceviamo dalla stella durante il transito del pianeta, e da questa scomposizione fuoriescono una serie di colori, ognuno dei quali lascia un’impronta unica, che ci fa capire da quali molecole è composta l’atmosfera del pianeta.
Il team dell’Université de Montréal, guidato da te, ha scoperto due “mondi acquatici”, due esopianeti pieni d’acqua chiamati Kepler-138c e Kepler-138d. Quali sono le caratteristiche di questi due esopianeti?
Il nostro team internazionale ha scoperto due pianeti “gemelli” (hanno essenzialmente le stesse dimensioni e massa), che possono essere definiti come “mondi d’acqua“, cioè con una grande frazione del loro volume costituita da acqua. Se pensi a Kepler-138d come lo intendiamo ora, immagina un grande pianeta (circa 1,5 volte la dimensione della Terra), con circa la metà del volume del nostro pianeta, e pieno di acqua nelle sue varie forme.
Se partissimo dall’alto, bisognerebbe attraversare uno strato d’acqua profondo 2000 km, prima di raggiungere il suo interno roccioso. Lo strato d’acqua sarebbe costituito da un’atmosfera estesa di vapore acqueo, e man mano che si va più in profondità – dove l’acqua è a pressioni più elevate – si raggiungerebbe un oceano in uno “stato supercritico“, anziché costituito da acqua liquida. L’acqua allo stato supercritico è essenzialmente vapore acqueo portato a una pressione così elevata da raggiungere uno stato fluido, ma non abbastanza freddo da condensarsi in un oceano di acqua liquida.
Come avete scoperto l’acqua? Quali telescopi avete usato?
Abbiamo utilizzato i telescopi spaziali Hubble e Spitzer e osservato 13 nuovi transiti di Kepler-138d. Il nostro metodo consisteva nell’utilizzare la configurazione molto particolare dei pianeti del sistema Kepler-138 (Kepler-138 b, c e d), i quali anziché passare davanti alla loro stella a intervalli regolari, a volte transitavano sulla stella un po’ (pochi minuti) in anticipo o in ritardo. Questo strano comportamento in realtà ha origine nei pianeti regolarmente vicini l’uno all’altro, il che perturba leggermente le loro orbite reciprocamente, per produrre quelle che chiamiamo variazioni del tempo di transito (TTV). Usando questi TTV, siamo in grado di misurare le masse dei pianeti, il che ci consente di inferire le loro densità.
Kepler-138c e Kepler-138d hanno densità troppo basse per essere costituiti solo da roccia in modo simile alla Terra: sebbene la Terra sia ricoperta di oceani, essi sono molto superficiali e non incidono sulla sua densità. D’altra parte, abbiamo dimostrato che questa bassa densità non può essere dovuta a un involucro di idrogeno, poiché l’idrogeno è molto leggero e può essere facilmente spazzato via dall’irradiazione della stella. Una molecola più pesante come l’acqua o il metano è abbastanza leggera da creare una bassa densità planetaria, ed è anche più resistente all’irradiazione della stella. Queste informazioni sono utili per spiegare abbastanza bene le motivazioni della bassa densità di Kepler-138c e d.
Se potessimo camminare su questi due esopianeti cosa vedremmo? Com’è il loro paesaggio?
Credo che una parte della risposta l’abbia scritta alla domanda 3. Con così tanta acqua, non possiamo aspettarci continenti o una superficie rocciosa su cui camminare. Ciò che amo immaginare, quando studio questi pianeti, sono le lune ghiacciate del Sistema Solare esterno: noi crediamo che alcune lune di Giove e Saturno abbiano grandi oceani di acqua liquida sotto la loro superficie ghiacciata.
Per quanto riguarda Kepler-138c, potremmo paragonarlo alle nostre lune ghiacciate. Una delle differenze, tra le lune ghiacciate di Giove e Saturno e Kepler-138c, è la vicinanza alla stella: l’acqua delle nostre lune ghiacciate è schermata da una superficie di ghiaccio; l’acqua di Kepler-138c è esposta alla luce della stella, e questo crea un’atmosfera di vapore estesa.
Stiamo scoprendo molti esopianeti e molti di loro sono pieni d’acqua e si trovano nella zona abitabile. Pensi che l’Universo sia pieno di vita?
Da un punto di vista puramente probabilistico, gli ingredienti per far emergere la vita sono certamente presenti attorno a molte altre stelle, oltre al nostro Sole. Se la domanda è “pensi che ci sia vita altrove nell’Universo?“, allora sì, lo credo. Ma il compito impegnativo per noi astronomi, che cerchiamo effettivamente le firme della vita extraterrestre, è trovare segni che dovrebbero essere inequivocabilmente prodotti dalla vita, e non prodotti dal risultato di altri processi come la chimica o il vulcanismo. Pertanto, per rispondere a questa domanda in modo scientifico, con prove scientifiche sulla presenza di vita – o prove sull’assenza di vita – dovremo aspettare ancora qualche anno.