Sulla superficie di pianeti lontani al di fuori del nostro sistema solare c’è molta meno acqua di quanto ipotizzato in precedenza. Questi esopianeti non hanno spessi strati d’acqua, come spesso si è ipotizzato. Lo dimostra uno studio internazionale guidato dal Politecnico di Zurigo.
Un esopianeta in orbita attorno a una stella nana distante 124 anni luce dalla Terra ha fatto notizia in tutto il mondo nell’aprile 2025. I ricercatori dell’Università di Cambridge, nel Regno Unito, hanno riferito che il pianeta K2-18b potrebbe essere un mondo acquatico con un profondo oceano globale pieno di vita. Tuttavia, uno studio dimostra ora che i cosiddetti sub-nettuni come K2-18b è altamente improbabile che siano mondi dominati dall’acqua e che le condizioni che vi si trovano sono difficilmente favorevoli alla vita. "L’acqua sui pianeti è molto più limitata di quanto si pensasse in precedenza", afferma Caroline Dorn, docente di esopianeti al Politecnico di Zurigo.
Lo studio è stato condotto sotto la guida del Politecnico di Zurigo insieme a ricercatori del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg e dell’Università della California di Los Angeles. K2-18b è più grande della Terra ma più piccolo di Nettuno e appartiene quindi a una classe di pianeti assenti dal nostro sistema solare. Nello spazio, tuttavia, sono frequenti, come dimostrano le osservazioni. Alcuni di questi subnettuni si sono probabilmente formati lontano dalla loro stella centrale - oltre la cosiddetta linea della neve, dove l’acqua congela in ghiaccio - e sono poi migrati verso l’interno.
In passato si era ipotizzato che alcuni di questi pianeti fossero in grado di accumulare una quantità particolarmente elevata di acqua durante la loro formazione e che oggi ospitino oceani globali e profondi sotto un’atmosfera ricca di idrogeno. Gli esperti li chiamano pianeti Iceanici, una combinazione di "hydrogen" per idrogeno e "ocean" per oceano.
Tenere conto della chimica
"I nostri calcoli dimostrano che questo scenario non è possibile", afferma Dorn. Infatti, una debolezza fondamentale degli studi precedenti era quella di ignorare qualsiasi accoppiamento chimico tra l’atmosfera e l’interno del pianeta. "Ora abbiamo tenuto conto delle interazioni tra l’interno del pianeta e l’atmosfera", spiega Aaron Werlen, ricercatore del team di Dorn e primo autore dello studio, pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.
I ricercatori ipotizzano che le sub-Nettune abbiano attraversato una fase iniziale di formazione in cui erano ricoperte da un profondo oceano di magma caldo. Un involucro di idrogeno gassoso al di sopra di esso ha fatto sì che questa fase si conservasse per milioni di anni.
"Nel nostro studio abbiamo analizzato come le interazioni chimiche tra l’oceano di magma e l’atmosfera influenzino il contenuto di acqua dei giovani esopianeti sub-nettuniani", spiega Werlen.
Per farlo, i ricercatori hanno utilizzato un modello esistente che descrive lo sviluppo planetario in un determinato periodo di tempo. Lo hanno combinato con un nuovo modello che calcola i processi chimici che avvengono tra il gas dell’atmosfera e i metalli e i silicati del magma.
L’acqua scompare all’interno
I ricercatori hanno calcolato lo stato di equilibrio chimico di 26 diversi componenti per un totale di 248 pianeti modello. Le simulazioni al computer hanno mostrato che i processi chimici distruggono la maggior parte delle molecole d’acqua H2O. L’idrogeno (H) e l’ossigeno (O) si attaccano ai composti metallici, che scompaiono in gran parte nel nucleo del pianeta.
Anche se l’accuratezza di questi calcoli ha i suoi limiti, i ricercatori sono convinti dei risultati. "Ci concentriamo sulle tendenze principali e vediamo chiaramente nelle simulazioni che i pianeti hanno molta meno acqua di quanta ne avessero originariamente accumulata", spiega Werlen: "L’acqua che rimane effettivamente sulla superficie sotto forma di H2O è limitata a qualche centesimo al massimo"
In una pubblicazione precedente, il gruppo di Dorn era già riuscito a dimostrare come la maggior parte dell’acqua di un pianeta sia nascosta al suo interno. "Nello studio attuale, abbiamo analizzato la quantità d’acqua presente su questi sub-nettuni nel loro complesso", spiega lo scienziato: "Secondo i calcoli, non esistono mondi lontani con massicci strati d’acqua in cui l’acqua costituisce circa il 50 percento della massa del pianeta, come si pensava in precedenza. I mondi oceanici con il 10-90% di acqua sono quindi molto improbabili"
Questo rende la ricerca di vita extraterrestre più difficile del previsto. Infatti, le condizioni favorevoli alla vita, con una quantità sufficiente di acqua liquida in superficie, si possono probabilmente trovare solo su pianeti più piccoli, che saranno osservabili solo con osservatori ancora migliori del James Webb Space Telescope.
La Terra non è un caso speciale
Tuttavia, Dorn trova il ruolo della nostra Terra particolarmente eccitante per quanto riguarda i nuovi calcoli. Questi mostrano che la maggior parte dei mondi lontani ha proporzioni d’acqua simili a quelle del nostro pianeta. "La Terra potrebbe non essere così insolita come pensiamo. In ogni caso, nel nostro studio sembra essere un pianeta tipico", afferma.
I ricercatori sono stati anche sorpresi da una differenza apparentemente paradossale: i pianeti con le atmosfere più ricche d’acqua non sono quelli che hanno accumulato più ghiaccio oltre la linea della neve, ma i pianeti che si sono formati all’interno della linea della neve. In questo caso, non sono stati i cristalli di ghiaccio a fornire l’acqua, ma questa è stata prodotta chimicamente dall’idrogeno dell’atmosfera del pianeta che ha reagito con l’ossigeno dei silicati dell’oceano magmatico per formare molecole di H2O.
"Questi risultati mettono in discussione il classico legame tra formazione di ghiaccio e atmosfere ricche di acqua. Al contrario, sottolineano il ruolo dominante dell’equilibrio tra oceano magmatico e atmosfera nella formazione della composizione planetaria", riassume Werlen. Ciò avrà implicazioni di vasta portata per le teorie sulla formazione dei pianeti e per l’interpretazione delle atmosfere degli esopianeti nell’era del telescopio James Webb.
Riferimenti bibliografici
Werlen A, Dorn C, Burn R, Schlichting H, Grimm S, Young E: Sub-Neptunes Are Drier Than They Seem: Rethinking the Origin of Water-Rich Worlds. The Astrophysical Journal Letters 2025, doi: 10.3847/2041-8213/adff73
