Nel 1990, gli astronomi hanno confermato l'esistenza di pianeti al di fuori del sistema solare. Conosciuti come esopianeti, sono uno dei soggetti più affascinanti dell'astronomia moderna. Veicoli spaziali come il pionieristico osservatorio Kepler della NASA e il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) hanno scansionato i cieli alla ricerca di cali periodici nella luminosità delle stelle vicine. Questo lampeggiare è un segno che una stella sta ospitando un pianeta, che ha temporaneamente bloccato la sua luce.
Ora che gli astronomi hanno raccolto migliaia di firme di esopianeti, si stanno facendo un'idea migliore della gamma di dimensioni planetarie. Un modo utile in cui gli astronomi hanno etichettato le loro scoperte è confrontando questi mondi con i pianeti familiari che vivono nel nostro cortile cosmico; le categorie di esopianeti esistenti includono "super-Terre" e "mini-Nettuno". Due nuovi studi indicano possibilità peculiari per l'evoluzione planetaria, uno dei fattori motivanti chiave alla base della ricerca sugli esopianeti.
Alcuni esopianeti rilevati dagli astronomi sono piccoli mondi rocciosi come Marte, e altri sono grandi pianeti gassosi come Saturno e Giove. Ma i ricercatori hanno anche trovato mondi senza analoghi vicini nel nostro sistema solare. Ad esempio, hanno scoperto esopianeti che hanno dimensioni comprese tra la Terra e Nettuno, che è circa 3,9 volte più largo del nostro pianeta.
Si scopre che questi mini-Nettuni potrebbero perdere i loro "soffici" gusci più esterni e ridursi in super-Terre, secondo la nuova ricerca. Questa instabilità e transizione possono spiegare perché è relativamente raro rilevare esopianeti che si trovano tra le dimensioni di Nettuno e della Terra.
"Un pianeta nel divario di dimensioni avrebbe abbastanza atmosfera per gonfiare il suo raggio, facendogli intercettare più radiazioni stellari e consentendo così una rapida perdita di massa", ha dichiarato Michael Zhang, autore principale di entrambi gli studi e studente laureato presso il California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena, in una dichiarazione del 3 febbraio che descrive i documenti. "Ma l'atmosfera è abbastanza sottile da perdersi rapidamente.
Secondo Zhang, questo processo non è mai stato catturato fino ad ora. Ma gli astronomi sospettano da tempo che piccoli mini-Nettuni abbiano atmosfere evaporanti. I ricercatori hanno utilizzato il telescopio spaziale Hubble e l'Osservatorio W.M. Keck alle Hawaii per osservare quattro mini-Nettuno. Hanno notato che due dei loro soggetti, uno chiamato HD 63433c situato a 73 anni luce dalla Terra, e un altro chiamato TOI 560.01 trovato a 103 anni luce di distanza, avevano gas in rapido movimento nelle loro atmosfere.
"La velocità dei gas fornisce la prova che le atmosfere stanno sfuggendo", ha dichiarato Zhang. "L'elio osservato intorno a TOI 560.01 si muove alla velocità di 20 chilometri al secondo, mentre l'idrogeno intorno a HD 63433c si muove alla velocità di 50 chilometri al secondo".
"La gravità di questi mini-Nettuno non è abbastanza forte da trattenere un gas così veloce", ha aggiunto Zhang. "L'estensione dei deflussi intorno ai pianeti indica anche la fuga dalle atmosfere; il bozzolo di gas intorno a TOI 560.01 è almeno 3,5 volte più grande del raggio del pianeta, e il bozzolo intorno a HD 63433c è almeno 12 volte il raggio del pianeta.
Zhang e il suo team non escludono altri possibili scenari. Forse le super-Terre non hanno mai avuto una spessa coltre di gas attorno, per esempio. "Come scienziati di esopianeti, abbiamo imparato ad aspettarci l'inaspettato", ha dichiarato Heather Knutson, scienziata planetaria al Caltech e consulente di Zhang. "Questi mondi esotici ci sorprendono costantemente con una nuova fisica che va oltre ciò che osserviamo nel nostro sistema solare".