Il telescopio spaziale Webb ha rilevato anidride carbonica nell'atmosfera di un esopianeta

 

  

Image Credit: NASA, ESA, CSA, and J. Olmsted (STScI)  

Il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA ha trovato prove definitive di anidride carbonica nell'atmosfera di un pianeta gigante gassoso in orbita attorno a una stella simile al Sole a 700 anni luce di distanza. Il risultato fornisce importanti informazioni sulla composizione e formazione del pianeta ed è indicativo della capacità di Webb di rilevare e misurare l'anidride carbonica anche nelle atmosfere più sottili dei pianeti rocciosi piccoli. WASP-39 b è un gigante gassoso caldo con una massa di circa un quarto di quella di Giove (circa la stessa di Saturno) e un diametro 1,3 volte quello di Giove. Il suo estremo gonfiore è in parte correlato alla sua alta temperatura (circa 900 °C). A differenza dei giganti gassosi più freddi e compatti del nostro Sistema Solare, WASP-39 b orbita molto vicino alla sua stella ospite - solo circa un ottavo della distanza tra il Sole e Mercurio - completando un circuito in poco più di quattro giorni terrestri. La scoperta del pianeta, riportata nel 2011, si basava su rilevamenti a terra del sottile e periodico attenuazione della luce dalla sua stella ospite mentre il pianeta transita o passa davanti alla stella.

Pianeti in transito come WASP-39 b, possono fornire ai ricercatori opportunità ideali per sondare le atmosfere planetarie. Durante un transito, parte della luce stellare viene eclissata completamente dal pianeta (causando l'oscuramento generale) e parte viene trasmessa attraverso l'atmosfera del pianeta. L'atmosfera filtra alcuni colori più di altri, a seconda di fattori come di cosa è fatta, quanto è spessa e se ci sono o meno nuvole (Osserviamo questo effetto nella nostra atmosfera mentre il colore e la qualità della luce diurna cambiano a seconda di quanto sia nebbiosa o umida l'aria, o di dove si trova il Sole nel cielo). Poiché gas diversi assorbono diverse combinazioni di colori, i ricercatori possono analizzare piccole differenze nella luminosità della luce trasmessa su uno spettro di lunghezze d'onda e quindi determinare esattamente di cosa è fatta un'atmosfera. Con la sua combinazione di atmosfera gonfiata e transiti frequenti, WASP-39 b è un bersaglio ideale per questa tecnica, nota come spettroscopia di trasmissione. Il team ha utilizzato lo spettrografo nel vicino infrarosso di Webb (NIRSpec) per effettuare questo rilevamento. Nello spettro risultante dell'atmosfera dell'esopianeta, la piccola collina tra 4,1 e 4,6 micron è tutt'altro che banale per i ricercatori degli esopianeti. È la prima prova chiara, dettagliata e indiscutibile dell'anidride carbonica mai rilevata su un pianeta al di fuori del Sistema Solare.

“Non appena i dati sono apparsi sul mio schermo, l'enorme segnale di anidride carbonica mi ha catturato”, ha detto Zafar Rustamkulov, uno studente laureato alla Johns Hopkins University negli Stati Uniti e membro del team di esopianeti in transito. “È stato un momento speciale, che ha varcato una soglia importante nelle scienze degli esopianeti. “Nessun osservatorio ha mai misurato differenze così sottili nella luminosità di tanti singoli colori nell'intervallo da 3 a 5,5 micron in uno spettro di trasmissione di un esopianeta prima d'ora. L'accesso a questa parte dello spettro è fondamentale per misurare le abbondanze di gas come acqua e metano, nonché l'anidride carbonica, che si pensa esistano nelle atmosfere di molti diversi tipi di esopianeti.

“Rilevare un segnale così chiaro di anidride carbonica su WASP-39 b fa ben sperare per il rilevamento di atmosfere su pianeti più piccoli", ha affermato Natalie Batalha dell'Università della California a Santa Cruz, USA, che guida il team di ricercatori studiando esopianeti in transito con Webb.

“È incredibile vedere lo strumento Esa NIRSpec produrre questi dati incredibili così presto nella missione, quando sappiamo che possiamo ancora migliorare la qualità dei dati andando avanti”, ha aggiunto Sarah Kendrew, dell'Esa Webb MIRI Instrument and Calibration Scientist presso lo Space Telescope Science Institute di Baltimora, USA.

Image Credit: NASA, ESA, CSA, and J. Olmsted (STScI)

Comprendere la composizione dell'atmosfera di un pianeta è importante perché ci dice qualcosa sull'origine del pianeta e su come si è evoluto. “Le molecole di anidride carbonica sono traccianti sensibili della storia della formazione dei pianeti”, ha affermato il membro del team Mike Line dell'Arizona State University, USA. “Misurando questa caratteristica dell'anidride carbonica, possiamo determinare quanto materiale solido rispetto a quello gassoso è stato utilizzato per formare questo pianeta gigante. Nel prossimo decennio, Webb effettuerà questa misurazione per una varietà di pianeti, fornendo informazioni sui dettagli di come si formano i pianeti e sull'unicità del nostro Sistema Solare”.

Questi risultati si basano anche sulla ricerca esistente del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA . “Negli ultimi decenni il telescopio spaziale Hubble ha creato un precedente per i misteri che queste atmosfere contengono, dalle nuvole che diffondono oscurando le caratteristiche molecolari, ai rilevamenti dell'assorbimento di vapore acqueo e alle atmosfere in fuga”, ha affermato Hannah Wakeford dell'Università di Bristol, membro del team nel Regno Unito. “Webb completerà ed estenderà questi studi con una risoluzione e una precisione più elevata per rivelare la chiave nei dati che indicano la formazione e l'evoluzione di questi pianeti.”

Image Credit: NASA, ESA, CSA, and J. Olmsted (STScI)

L'osservazione su NIRSpec di WASP-39 b è solo una parte di un'indagine più ampia che include osservazioni del pianeta utilizzando una serie di strumenti, nonché osservazioni di altri due pianeti in transito. L'indagine, che fa parte del programma Early Release Science, è stata progettata per fornire alla comunità di ricerca sugli esopianeti solidi dati Webb il prima possibile.

“Vedere i dati per la prima volta è stato come leggere una poesia nella sua interezza, quando prima avevamo solo una parola su tre”, ha aggiunto Laura Kreidberg, membro del team del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, in Germania. ”Questi primi risultati sono solo l'inizio; i dati di Early Release Science hanno dimostrato che Webb si comporta magnificamente e gli esopianeti più piccoli e più freddi (più simili alla nostra Terra) sono alla sua portata”.

“L'obiettivo è analizzare rapidamente le osservazioni di Early Release Science e sviluppare strumenti open source così che la comunità scientifica può utilizzare”, ha spiegato Vivien Parmentier dell'Università di Oxford nel Regno Unito. “Ciò consente contributi da tutto il mondo e garantisce che la migliore scienza possibile uscirà dai prossimi decenni di osservazioni.”