Uno dei quesiti più dibattuti nella ricerca sugli esopianeti riguarda la capacità dei pianeti rocciosi di trattenere un'atmosfera quando orbitano a distanze estremamente ravvicinate dalla propria stella. La radiazione intensa dovrebbe infatti spazzare via qualsiasi involucro gassoso in tempi geologicamente brevi. Eppure, nuove osservazioni condotte con il James Webb Space Telescope (JWST) della NASA hanno rilevato la presenza di quella che appare essere un'atmosfera spessa attorno a TOI-561 b, una super-Terra ultracalda che completa un'orbita completa attorno alla sua stella in meno di undici ore. I risultati, pubblicati l'11 dicembre su The Astrophysical Journal Letters, potrebbero costringere a rivedere le attuali teorie sulla formazione e l'evoluzione dei pianeti rocciosi in ambienti estremi.
TOI-561 b appartiene alla rara categoria degli esopianeti a periodo ultracorto, mondi che orbitano così vicini alle loro stelle da completare una rivoluzione in meno di un giorno terrestre. Con un raggio circa 1,4 volte quello della Terra, questo pianeta dista dalla sua stella ospite meno di un milione e seicentomila chilometri, una frazione della distanza che separa Mercurio dal Sole: appena un quarantesimo. Questa prossimità estrema implica che un emisfero del pianeta sia permanentemente esposto alla radiazione stellare, mentre l'altro rimane immerso in un'oscurità perpetua, in una configurazione nota come rotazione sincrona. Le temperature sul lato diurno dovrebbero raggiungere valori tali da fondere qualsiasi tipo di roccia ordinaria.
Ciò che rende TOI-561 b particolarmente intrigante dal punto di vista scientifico è la sua densità insolitamente bassa rispetto a quanto ci si aspetterebbe da un corpo roccioso di dimensioni simili. Johanna Teske, ricercatrice del Carnegie Science Earth and Planets Laboratory e autrice principale dello studio, ha sottolineato come questa anomalia rappresenti l'elemento distintivo del pianeta. Una possibile spiegazione risiede nella composizione chimica: TOI-561 b orbita attorno a una stella molto antica, circa il doppio dell'età del Sole, situata nel disco spesso della Via Lattea, una regione caratterizzata da una popolazione stellare povera di ferro. Questo significa che il pianeta si è formato in un ambiente chimico radicalmente diverso da quello del Sistema Solare, probabilmente quando l'universo stesso era ancora relativamente giovane e i metalli pesanti erano meno abbondanti.
Per verificare l'ipotesi dell'atmosfera, il team di ricerca ha utilizzato lo spettrografo nel vicino infrarosso NIRSpec a bordo del JWST, misurando la temperatura dell'emisfero diurno attraverso l'analisi della luminosità nel vicino infrarosso. La tecnica impiegata si basa sull'osservazione della diminuzione di luminosità del sistema stella-pianeta quando quest'ultimo passa dietro la stella, un metodo simile a quello utilizzato per studiare le atmosfere dei pianeti del sistema TRAPPIST-1 e di altre piccole super-Terre. Se TOI-561 b fosse una semplice superficie rocciosa priva di atmosfera, incapace di redistribuire il calore verso l'emisfero notturno, l'emisfero illuminato dovrebbe raggiungere circa 2.700 gradi Celsius. I dati raccolti da NIRSpec hanno invece rivelato una temperatura di circa 1.800 gradi Celsius: ancora estremamente elevata, ma significativamente inferiore alle previsioni teoriche.
Questa discrepanza di quasi mille gradi ha spinto i ricercatori a valutare diversi scenari. Un oceano globale di magma potrebbe contribuire a trasportare parte del calore dall'emisfero diurno verso quello notturno, ma senza un'atmosfera il lato oscuro si solidificherebbe rapidamente, limitando drasticamente la capacità di ridistribuzione energetica. Uno strato sottile di vapore roccioso sopra la superficie fusa potrebbe esistere, ma da solo non sarebbe sufficiente a giustificare il raffreddamento osservato. La spiegazione più convincente, secondo il team, è la presenza di un'atmosfera spessa e ricca di sostanze volatili che avvolge un oceano di magma globale.
Anjali Piette dell'Università di Birmingham, coautrice dello studio, ha spiegato come forti venti atmosferici potrebbero raffreddare l'emisfero diurno trasportando calore verso quello notturno. Inoltre, gas come il vapore acqueo assorbirebbero specifiche lunghezze d'onda della radiazione infrarossa emessa dalla superficie prima che questa raggiunga le quote superiori dell'atmosfera, facendo apparire il pianeta più freddo di quanto non sia in realtà. Un'altra possibilità contemplata è la presenza di nubi di silicati luminose che raffredderebbero l'atmosfera riflettendo parte della luce stellare.
Il mistero centrale rimane tuttavia irrisolto: come può un pianeta relativamente piccolo, sottoposto a un bombardamento così intenso di radiazione stellare per miliardi di anni, conservare un'atmosfera così sostanziale? La risposta proposta dal team coinvolge un equilibrio dinamico tra l'oceano di magma e l'atmosfera sovrastante. Mentre i gas vengono rilasciati dall'interno del pianeta alimentando l'involucro atmosferico, l'oceano di magma li riassorbe continuamente. Questo ciclo potrebbe mantenersi solo se TOI-561 b possiede un contenuto di sostanze volatili enormemente superiore a quello terrestre, configurandosi come quello che Lichtenberg ha descritto efficacemente come "una palla di lava umida".
Le osservazioni sono state condotte nell'ambito del General Observers Program 3860 del JWST, che ha monitorato il sistema in modo continuativo per oltre 37 ore mentre TOI-561 b completava quasi quattro orbite complete. Il team sta ora analizzando l'intero set di dati per mappare con precisione la distribuzione della temperatura su tutto il pianeta e caratterizzare più accuratamente la composizione dell'atmosfera. Questi risultati non solo sfidano i modelli consolidati sull'evoluzione degli esopianeti rocciosi in ambienti estremi, ma offrono anche una finestra unica su come potrebbero apparire i mondi formatisi nelle prime fasi dell'universo, quando la chimica cosmica era profondamente diversa da quella odierna.
