Gliese 581 colpisce ancora

L’ipotetico pianeta Gliese 581g.

di Umberto Genovese

Non è passato un anno da quando parlai di Gliese 581g, il famoso pianeta intorno ad una debole stellina di classe M3V nella Bilancia scoperto dal team di  Steven Vogt e mai confermato, tant’è che è diventata convinzione abbastanza comune che si sia trattato di una cattiva interpretazione dei dati.

Gliese 581d invece fu scoperto da un team di astronomi guidato da Stéphane Udry dell’Osservatorio di Ginevra utilizzando lo spettrografo HARPS montato sul telescopio di 3,6 metri dell’European Southern Observatory di La Silla, Cile, nel 2007. Il metodo è quello che anche altre volte ho descritto, si tratta quello della misurazione della velocità radiale. Un metodo che se da una parte fornisce le prove dell’esistenza di uno – o come in questo caso – di più pianeti, tutto si riduce poi all’interpretazione delle misurazioni fatte per ricavarne il periodo orbitale applicando la Legge di Gravitazione Universale di Newton (quella della famosa Mela).

Questo è tutto quello che ci è dato sapere su Gliese 581d, b, c, a oppure g, ammesso che esista, ed è sufficiente che il calcolo della massa della stella – ricavato dalla sua luminosità bolometrica assoluta e quindi legata alla sua distanza – si dimostri errato per sconvolgere tutte le ipotesi fino ad allora fatte sui pianeti in orbita.

Ipotesi

Perché in fondo si tratta di ipotesi stimate sulla base di una curva di luce che ci dà sicuramente il transito rilevato [1] o sulla deviazione delle righe di assorbimento dello spettro per rilevare le oscillazioni della stella rispetto al suo baricentro.

Proviamo comunque ad interpretare questi dati che abbiamo (non riporterò i calcoli per non pesare, ma è così):
Gliese 581d è 5 o 6 (c’è chi dice 7) volte più grande della Terra che orbita a 30-32 milioni di chilometri dalla sua stella, cioè appena 3/4 dell’orbita di Mercurio, quindi molto probabilmente l’azione mareale del suo sole avrà reso il suo periodo di rotazione sincrono con quello della sua rivoluzione, un po’ come la Terra ha fatto con la Luna.
A quella distanza comunque la quantità di energia che esso riceve dalla sua stella è comunque molto basso, circa il 30% di quello che la Terra riceve ogni secondo dal Sole pur essendo 5 volte più lontana. Ma è ovvio, Gliese 581 è una minuscola stellina grande un terzo del Sole che irraggia quasi tutta la sua energia nella parte più bassa dello spettro elettromagnetico visibile e nell’infrarosso.

Il pianeta di ghiaccio

Per Udry -lo scopritore – Gliese 581d potrebbe essere un pianeta di ghiaccio – una specie di gigantesco Plutone – la cui orbita, prima più esterna, è decaduta nella posizione attuale.
Se l’ipotesi di Udry fosse vera, abbiamo visto come minime variazioni di insolazione durante il perielio di Plutone inneschino una chimica attiva fatta dal carbonio, metano e azoto, figuriamoci in un pianeta composto prevalentemente da ghiaccio e altri composti volatili come il metano  di quelle dimensioni. I composti volatili come il metano e l’anidride carbonica costituirebbero una spessa coltre atmosferica trattenuta dalla consistente gravità del pianeta, innescando un poderoso effetto serra capace di innalzare la temperatura ben oltre il punto di fusione del ghiaccio.
Questo però porterebbe ad una dissoluzione del pianeta, così come Venere non ha più – o forse non ha mai avuto – acqua liquida sulla sua superficie. Nell’arco di qualche centinaio di milioni di anni la palla ghiaccciata …. evaporerebbe a causa dell’effetto valanga innescato dall’effetto serra quando la velocità cinetica dei gas – soprattutto idrogeno – supera la velocità di fuga lasciando solo il nucleo compatto e denso fatto di roccia.  Quindi la fase oceanica non durerebbe poi molto per Gliese 581d.
A questo punto rimane l’ipotesi più probabile, ovvero che Gliese 581d sia un pianeta roccioso, come Venere e Terra.

Modello matematico dell’atmosfera di Gliese 581d. Rosso e blu indicano un clima caldo e superficie fredda, mentre le frecce indicano velocità del vento a 2 km di altezza nell’atmosfera. (Credit: © LMD / CNRS)

Il pianeta roccioso

Lo studio di Robin Wordsworth, François Forget, Franck Selsis, Ehouarn Millour, Benjamin Charnay, Jean-Baptiste Madeleine, pubblicato inizialmente su Arxiv [2] e poi su Astrophisical Journal Letters [3]  si basa appunto su questo assunto: un pianeta roccioso 5-7 volte più masssiccio della Terra e che riceve dalla sua stella il 30-35% della quantità di energia della Terra.
Ora sappiamo che Gliese 581d orbita molto vicino alla sua stella, le forze mareali hanno sincronizzato la durata del giorno con quella dell’anno, 66 giorni più o meno. Dovremmo quindi attenderci una faccia del pianeta arrostita dal sole e una perennemente ghiacciata.
No, perché l’atmosfera del pianeta funge da termoregolatore importante redistribuendo il calore su tutto il pianeta, generando magari dei venti importanti, portando la temperatura media al di sopra del punto di congelamento dell’acqua.
Il team ha fatto le sue previsioni climatiche basandosi su un modello 3D di un’atmosfera simile a quella di Venere o della Terra primitiva, dove la chimica del biossido di carbonio e dell’acqua  erano fondamentali per tenere alta la temperatura del pianeta, al di sopra del punto di congelamento dell’acqua per quanto riguarda il nostro [4] e trasformando Venere in un inferno dantesco con una temperatura al suolo di 480° C, nonostante che il Sole di allora fosse del 20% meno luminoso di oggi.
Essendo Gliese 581 una stella che emette soprattutto nell’infrarosso e che la CO2 assorbe proprio intorno a quelle lunghezze d’onda, il cielo del pianeta dovrebbe essere ammantato proprio da un continuo crepuscolo rosso-bruno perché l’atmosfera è resa opaca a quei colori proprio dal biossido di carbonio.

Oppure Gliese 581d non ha un’atmosfera per colpa dei poderosi venti stellari di quando Gliese 581 era ancora una giovane stella, oppure ha una chimica atmosferica diversa, basata sull’idrogeno e elio, e allora queste sono state solo chiacchiere in libertà.
Oppure no?

Intanto ogni volta che si costruisce un’ipotesi scientifica si fa della scienza, e anche le chiacchiere quindi lo sono. Poi abbiamo iniziato a comprendere che l’evoluzione fisica di un pianeta non è disgiunto dalla sua atmosfera e che la composizione chimica di questa ha una notevole influenza nell’estendere la fascia Goldilocks ben al di là della mera equazione dell’inverso del quadrato della distanza dalla stella. Per finire è sorta la necessità che vengano compiute analisi spettroscopiche delle atmosfere dei pianeti extrasolari che avranno bisogno di nuovi e più sofisticati strumenti di indagine, con importanti ricadute tecnologiche, come sempre accade  in questi casi.

[1] L’ampiezza della curva all’inizio e alla fine di un transito e la quantità di luce oscurata consentono di stimare le dimensioni del pianeta rispetto alla stella  e la sua distanza da esso.
[2] Gliese 581d is the first discovered terrestrial-mass exoplanet in the habitable zone.
[3] Astrophys. J. Lett. 733 L48
[4] L’antica storia della Terra, Il Poliedrico 2 luglio 2010

Pubblicato inizialmente su Il Poliedrico: http://ilpoliedrico.altervista.org/2011/05/gliese-581-colpisce-ancora.html

Umberto