eso16 – Alla ricerca dei pianeti al carbonio

carbonio universo primordiale stella CEMP
In questa immagine di fantasia, un pianeta al carbonio orbita attorno a una stella simile al Sole nell’Universo primitivo. In giovani sistemi planetari dove scarseggiano elementi pesanti ma esiste una certa abbondanza di carbonio, possono aver origine pianeti composti di grafite, carburi, diamanti, piuttosto che rocce silicee come succede sulla Terra. Le macchie blu indicano deve l’acqua si è raccolta in pozze sulla superficie formando habitat potenzialmente capaci di ospitare forme di vita aliene. (Credit Christine Pulliam Sun image: NASA/SDO).

La prima generazione di stelle nell’Universo cominciò a splendere in un’era in cui elementi chimici come carbonio e ossigeno non erano disponibili. Fu la trasformazione di queste stelle giovani in supernove che diede inizio al processo di arricchimento, con gli elementi più pesanti fusi nei loro nuclei che si disperdevano nel Cosmo. Stelle di massa minore e sistemi planetari incominciarono ad apparire quando gli elementi più pesanti poterono formare i grani di polvere necessari alla aggregazione dei loro nuclei.

Avi Loeb (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ) e la studentessa post-laurea Natalie Mashian hanno esaminato una particolare classe di stelle antiche chiamate CEMP (carbon-enhanced metal-poor). La concentrazione di ferro che si trova in tali stelle è pari a una su centomila volte quella del nostro sole, un chiaro segnale che queste stelle si formarono prima che gli elementi pesanti fossero estesamente distribuiti. Esse sono interessanti perchè a dispetto della loro mancanza di ferro ed altri elementi pesanti in paragone al nostro sole, sono ricche di carbonio, un eccesso che indica la possibilità dell’esistenza di pianeti in formazione intorno ad esse, nati dalla aggregazione di grani di polvere ricchi di carbonio.

Un nuovo articolo su questo tema segnala la possibilità di formazione di pianeti al carbonio, riferendosi a un lavoro precedente che ha simulato tali pianeti e trovato conferme nella osservazione di pianeti ricchi di carbonio nell’atmosfera (WASP-12 b) e negli strati più interni (55 Cancri e). Trovare tali pianeti, ricchi di grafite, carburi e diamanti, in orbita attorno a stelle CEMP, potrebbe essere un esercizio produttivo, se effettivamente ci sono.

Queste stelle sono fossili di un universo più giovane. – spiega Loeb – Studiandoli possiamo imparare molto sulla formazione dei pianeti e l’emergenza della vita nell’Universo.

Loeb and Mashian fanno notare che il sistema planetario con la più bassa metallicità finora rilevata è associato alla stella di classe K denominata BD+20 24 57, che mostra livelli di metalli al di sotto di quanto una volta era considerato un valore critico per la formazione dei pianeti. Mentre le stelle CEMP sono estremamente scarse di ferro, la loro abbondanza di carbonio rende possibile la formazione di esopianeti costituiti di carbonio solido. Differenziarli dai pianeti ricchi d’acqua o di silicati potrebbe essere difficile, ma i ricercatori obiettano che gli studi sullo spettro delle atmosfere planetarie potrebbero fornire le necessarie indicazioni:

Alle alte temperature (T ≳ 1000 K), ci si aspetta che l’assorbimento spettrale di massicci pianeti al carbonio (M ∼ 10 – 60 M⊕) sia dominato dal carbonio, in contrasto con gli spettri dominati dall’acqua di caldi pianeti massicci dotati di atmosfere di tipo solare (Kuchner & Seager 2005). Le stesse atmosfere dei pianeti al carbonio di piccola massa (M ≲ 10 M⊕) dovrebbero essere differenziabili dalle loro controparti di tipo solare a causa della abbondanza di carbonio e metano, e della scarsità di gas ricchi di ossigeno, come l’anidride carbonica, l’ossigeno molecolare e l’ozono (Kuchner & Seager – 2005)

Così la presenza del monossido di carbonio e del metano nell’atmosfera ci potrebbe aiutare a distinguere tra i pianeti al carbonio di massa e dimensioni simili da quelli caratterizzati dal ferro e dai silicati, del tipo Terra. Individuare pianeti al carbonio orbitanti intorno a stelle antiche potrebbe fornirci un punto di osservazione sul processo di formazione dei pianeti nell’Universo primitivo, con indizi su dove avrebbe potuto formarsi la vita. La relazione si conclude con la richiesta di un programma di osservazione che usi il metodo del transito per cercare pianeti in orbita attorno a stelle CEMP. Mashian dice:

Questo lavoro dimostra che perfino le stelle con una piccola frazione del carbonio presente nel Sistema Solare possono avere pianeti. Abbiamo buoni motivi per credere che esseri viventi alieni possano essere basati sul carbonio, come accade sulla Terra, e questo promette bene per la possibilità che la vita sia esistita nell’Universo primordiale.

Titolo dell’articolo originale: In Search of Carbon Planets, di Paul Gilster, pubblicato su Centauri Dreams l’ 8 giugno 2016

Traduzione di ROBERTO FLAIBANI

FONTE:

(CEMP stars: possible hosts to carbon planets in the early universe, di Loeb e Mashian).

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