Il mistero dei sub-nettuni e il ruolo del JWST
L’universo extrasolare si è rivelato molto più variegato di quanto si potesse immaginare osservando soltanto il nostro Sistema Solare. Uno dei principali enigmi degli ultimi decenni è rappresentato dai sub-nettuni, pianeti più grandi della Terra ma più piccoli di Nettuno, assenti nel nostro sistema ma estremamente comuni attorno ad altre stelle. Il Telescopio Spaziale James Webb (JWST), con la sua straordinaria capacità di osservare nell’infrarosso, sta ora gettando nuova luce su questi mondi.
Il sub-nettuno TOI-421 b, che orbita attorno a una stella di tipo G simile al Sole, rappresenta un caso emblematico. Diversamente dalla maggior parte dei sub-nettuni, che orbitano nane rosse e hanno atmosfere nebulose, TOI-421 b possiede una temperatura di equilibrio di circa 1.000 K. Questa condizione termica lo rende un candidato ideale per lo studio delle atmosfere prive di foschie fotochimiche.
Una finestra limpida sull’atmosfera di TOI-421 b
L’osservazione di TOI-421 b da parte del JWST ha confermato le ipotesi iniziali: il pianeta non mostra i tipici spettri piatti e oscurati di altri sub-nettuni. Al contrario, lo spettro di trasmissione ha rivelato firme spettroscopiche di vapore acqueo, anidride solforosa e monossido di carbonio. Sebbene le ultime due rilevazioni siano preliminari, l’assenza di foschie ha permesso una lettura più chiara e dettagliata dell’atmosfera.
Secondo i ricercatori, questo indica una composizione atmosferica a bassa massa molecolare, dominata dall’idrogeno. Il risultato è in netto contrasto con le osservazioni precedenti, che avevano suggerito atmosfere dense e opache, composte da molecole più pesanti. Ciò implica una differente evoluzione del pianeta, influenzata dalla sua maggiore temperatura.
Origine e composizione: un’atmosfera primordiale
Il team di ricerca, guidato dalla professoressa Kempton e dallo studente di dottorato Davenport, sottolinea che l’atmosfera di TOI-421 b potrebbe essere primordiale, ossia non significativamente alterata dalla perdita di massa. Questo suggerisce che il pianeta abbia trattenuto l’atmosfera originaria di idrogeno ed elio, con una massa frazionaria di circa l’1%.
Un’ulteriore implicazione è che l’atmosfera riflette la composizione della stella madre, un fenomeno analogo a quanto osservato nei giganti gassosi del Sistema Solare. Questa similitudine rafforza l’idea che TOI-421 b sia sostanzialmente diverso dai sub-nettuni orbitanti attorno a stelle più fredde, come le nane K e M.
La valle di raggio e l’evoluzione planetaria
Le osservazioni del JWST supportano le teorie legate alla cosiddetta “valle di raggio”, ovvero la scarsità di pianeti con dimensioni comprese tra 1,5 e 2,0 raggi terrestri. Secondo queste ipotesi, la radiazione stellare e la perdita atmosferica determinano l’evoluzione di un nucleo planetario verso una super-Terra spoglia o un sub-nettuno gassoso. TOI-421 b, con il suo nucleo più massiccio, sembra essere riuscito a conservare la sua atmosfera originaria.
Un caso unico o la chiave per comprendere altri mondi?
Resta da stabilire se TOI-421 b rappresenti un’eccezione o il primo esempio di una classe di sub-nettuni caldi orbitanti stelle simili al Sole. Le differenze osservate rispetto agli altri pianeti studiati finora, principalmente attorno a nane rosse, suggeriscono che la temperatura e il tipo di stella ospite svolgano un ruolo cruciale nella formazione e nell’evoluzione atmosferica.
Il JWST, con questa scoperta, ha aperto una nuova finestra osservativa. Secondo Davenport, questi pianeti caldi sono particolarmente adatti alla caratterizzazione atmosferica. I risultati promettono di accelerare significativamente la nostra comprensione dei mondi più comuni della Via Lattea.
(Fonte della pubblicazione: The Astrophysical Journal Letters).
