Scoperta la prima atmosfera su un pianeta roccioso in zona abitabile

L’elio sta sfuggendo da LHS 1140 b a un ritmo che dice agli astronomi esattamente ciò che dovevano sapere: la super-Terra che orbita attorno a una nana rossa a 48 anni luce di distanza, nella costellazione della Balena, ha un’atmosfera. Questa rilevazione – effettuata tramite spettroscopia nel vicino infrarosso al telescopio Magellan Clay in Cile – è la prima atmosfera confermata su un pianeta roccioso nella zona abitabile di un’altra stella, chiudendo una domanda a cui la scienza degli esopianeti non riusciva a rispondere da due decenni.

Il risultato non significa che LHS 1140 b sia abitato. Significa che il pianeta ha superato il prerequisito più basilare per l’abitabilità superficiale: trattenere gas contro le forze che cercano di strapparlo via. Fino ad ora, gli scienziati avevano trovato atmosfere su giganti gassosi e su una manciata di sub-Nettuni, ma mai su un mondo solido del tipo considerato più probabile per sostenere la vita.

Come lo hanno scoperto

La tecnica che ha confermato l’atmosfera di LHS 1140 b aveva una storia specifica. Rilevare l’elio in fuga dalle atmosfere superiori degli esopianeti tramite spettroscopia nel vicino infrarosso è stato sviluppato per i giganti gassosi, dove il segnale è ampio. Applicarlo a un pianeta roccioso richiedeva un bersaglio preciso e uno strumento abbastanza sensibile da risolvere un segnale molto più debole.

Il team di Harvard & Smithsonian guidato da Collin Cherubim ha scelto LHS 1140 b perché orbita attorno a una nana rossa – una classe di stella che bombarda i suoi pianeti con radiazioni ultraviolette e raggi X abbastanza intense da erodere le atmosfere. Se l’elio stesse sfuggendo, lo spettrografo WINERED del Magellan Clay aveva una possibilità plausibile di rilevarlo. Ciò che ha dato al team un vantaggio aggiuntivo è stata la geometria: in una singola notte, sia LHS 1140 b che un pianeta adiacente sono transitati davanti alla loro stella ospite simultaneamente, permettendo al team di confrontare i due segnali in parallelo e isolare la firma dell’elio dal rumore di fondo stellare.

Il segnale corrispondeva alle previsioni per un’atmosfera superiore ricca di elio sotto un bombardamento stellare sostenuto. Nessuna spiegazione alternativa corrispondeva ai dati. Cherubim ha riassunto il risultato senza ambiguità: “Questa è la prima volta che qualcuno trova un’atmosfera su un pianeta roccioso nella zona abitabile di un’altra stella.”

Cosa contiene l’atmosfera – e cosa no

La rilevazione identifica specificamente l’elio nell’atmosfera superiore. Non caratterizza la composizione di massa a quote inferiori. L’elio è rilevabile tramite questo metodo di fuga proprio perché è abbastanza leggero da fuoriuscire verso l’alto quando riscaldato dalla radiazione stellare; i gas più pesanti rimangono più in basso e non lasciano un’impronta rilevabile sul segnale di transito alla sensibilità di questo strumento.

Se l’atmosfera inferiore contenga azoto, anidride carbonica o vapore acqueo – i gas serra che determinerebbero la temperatura superficiale e la prospettiva di acqua liquida – non può essere stabilito da questo set di dati. Un’atmosfera dominata da elio con un contributo minimo di gas serra produrrebbe temperature superficiali molto inferiori a quelle che la sola posizione orbitale di LHS 1140 b implicherebbe. Un’atmosfera con quantità significative di CO₂ o N₂ potrebbe spingere le temperature verso un intervallo abitabile. La differenza tra una roccia ghiacciata e un mondo d’acqua risiede in quegli strati inferiori non ancora misurati.

Tre miliardi di anni di sopravvivenza

LHS 1140, la nana rossa ospite, ha circa il 30% della massa del Sole. Le nane rosse emettono radiazioni intense durante una fase pre-sequenza principale estesa che dura da centinaia di milioni a oltre un miliardo di anni – un periodo abbastanza ostile da spogliare completamente le atmosfere sottili. Il fatto che LHS 1140 b conservi un’atmosfera rilevabile implica che o ha iniziato con un serbatoio atmosferico molto grande, è stata rifornita nel tempo da degassamento vulcanico, o entrambi.

Il team stima che l’atmosfera sia persistita per più di tre miliardi di anni. Per confronto, l’attuale atmosfera ricca di ossigeno della Terra ha meno di 2,5 miliardi di anni. Il precedente consenso riteneva che i pianeti rocciosi in orbita attorno a nane rosse fossero scarsi candidati per la ritenzione atmosferica a lungo termine proprio a causa di questa esposizione alle radiazioni. LHS 1140 b contraddice quel consenso con prove osservative dirette.

La posizione del pianeta nella zona abitabile di LHS 1140 significa che riceve energia grosso modo paragonabile a quella che la Terra riceve dal Sole – quando mediata sulla sua geometria orbitale. Quell’equilibrio energetico è una condizione necessaria per l’acqua liquida, presupponendo un’atmosfera abbastanza spessa da impedirne l’evaporazione o il congelamento immediati.

Cosa non risolve questa scoperta

Le incertezze rimanenti sono sostanziali. La composizione interna del pianeta è ancora contestata. Le precedenti misurazioni di massa e raggio sono coerenti con una super-Terra rocciosa o con un mondo oceanico – un pianeta la cui massa è parzialmente composta da ghiaccio d’acqua – con diverse implicazioni per le condizioni superficiali e l’abitabilità. La sua densità media si colloca tra ciò che produrrebbe roccia pura e ciò che suggerirebbe una composizione satura di volatili.

Il profilo di temperatura dell’atmosfera è sconosciuto. Il segnale di fuga dell’elio vincola l’atmosfera superiore, non i livelli inferiori dove è determinato il clima superficiale. Uno strato esterno ricco di elio potrebbe coprire un’atmosfera molto più sottile di quanto il segnale implichi, o molto più spessa.

Anche la replicazione sarà difficile. Il transito simultaneo di due pianeti attorno a LHS 1140 ha fornito un’opportunità di calibrazione insolita; senza quella coincidenza geometrica, il rumore di fondo rende più difficile interpretare chiaramente misurazioni ripetute indipendenti. Una seconda conferma da una tecnica diversa – o dalla spettroscopia di trasmissione del James Webb Space Telescope – rafforzerebbe significativamente il caso.

Infine, l’attività di brillamento della stella stessa continua a bombardare LHS 1140 b con particelle energetiche. Se l’attuale massa atmosferica sia in equilibrio stazionario o in lento esaurimento in corso non può essere determinato da una rilevazione a singola epoca.

Domande comuni su LHS 1140 b

Potrebbe LHS 1140 b sostenere la vita? La conferma dell’atmosfera stabilisce una condizione necessaria per l’abitabilità superficiale, non una sufficiente. Gli scienziati devono misurare se l’atmosfera inferiore includa gas serra, se sostenga una pressione superficiale abbastanza alta per l’acqua liquida e se esista acqua liquida sulla superficie del pianeta. LHS 1140 b è ora il bersaglio con la massima priorità nella ricerca di esopianeti nella zona abitabile; non è ancora un candidato confermato per la vita.

Perché rilevare l’elio conferma un’atmosfera? L’elio in fuga da un pianeta implica un serbatoio atmosferico continuo. Senza un’atmosfera sostanziale, non ci sarebbe fornitura di elio per sostenere un tasso di fuga rilevabile per tempi geologici. Il segnale è indiretto, ma è ben vincolato: il tasso osservato corrisponde ai modelli di fuga atmosferica senza spiegazioni alternative attualmente proposte dalla comunità.

Quanto dista LHS 1140 b? Il pianeta è a 48 anni luce dalla Terra. A quella distanza, nessuna navicella spaziale costruita oggi o prevista per il prossimo futuro potrebbe raggiungerlo. Tutte le misurazioni di LHS 1140 b provengono dalla luce – l’impronta che il pianeta lascia nello spettro della sua stella ospite mentre passa davanti ad essa durante il transito.

Cos’è la zona abitabile? La zona abitabile attorno a una stella è l’intervallo di distanza orbitale in cui un pianeta con un’atmosfera simile a quella terrestre potrebbe mantenere acqua liquida sulla sua superficie. È definita dalla luminosità della stella e dall’albedo del pianeta. Trovarsi nella zona abitabile è una condizione necessaria ma non sufficiente per l’abitabilità – anche l’atmosfera, l’interno e il campo magnetico di un pianeta contano.

Il prossimo passo è la spettroscopia di trasmissione con il James Webb Space Telescope durante il Ciclo 4, mirando alla composizione atmosferica inferiore di LHS 1140 b. Quelle osservazioni sono programmate per il 2027.

Riferimento: Cherubim et al., “Helium Escape Detection Confirms an Atmosphere on the Habitable-Zone Super-Earth LHS 1140 b,” Science, 2026. DOI: 10.1126/science.aea9708

Tag: astronomia, James Webb Space Telescope, exoplanet, habitable zone, LHS 1140, LHS 1140 b