Il profilo chimico dell’esopianeta WASP-39b

Grazie agli strumenti del telescopio spaziale James Webb abbiamo per la prima volta un profilo chimico di un esopianeta: WASP-39b.

Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha appena ottenuto un altro primato. Per la prima volta nella storia dell’umanità è stato ottenuto il profilo chimico e molecolare di un mondo lontano, l’esopianeta WASP-39b. Altri telescopi spaziali, tra cui Hubble e Spitzer, hanno precedentemente rivelato ingredienti isolati dell’atmosfera di questo pianeta. Ma le nuove letture di James Webb forniscono un menu completo di atomi, molecole e persino segni di chimica attiva.

L’esopianeta WASP-39b

La gamma di strumenti altamente sensibili del telescopio è stata puntata sull’atmosfera di WASP-39 b. Il pianeta è un “Saturno caldo”. Un pianeta massiccio all’incirca quanto Saturno ma in un’orbita più stretta di Mercurio attorno a una stella a circa 700 anni luce di distanza. I risultati fanno ben sperare per la capacità degli strumenti di James Webb. Il telescopio è in grado di condurre l’ampia gamma di indagini su tutti i tipi di esopianeti segnalati dalla comunità scientifica. Ciò include sondare le atmosfere di pianeti rocciosi più piccoli come quelli del sistema TRAPPIST-1.

“Abbiamo osservato l’esopianeta con più strumenti che, insieme, forniscono un’ampia fascia dello spettro infrarosso e una insieme di impronte chimiche inaccessibili fino ad oggi”, ha detto Natalie Batalha, astronoma dell’Università della California.“Dati come questi sono un punto di svolta”. La serie di scoperte è dettagliata in cinque nuovi articoli scientifici (rif.), tre dei quali sono in corso di stampa e due sono in fase di revisione. 

Tra le “prime volte” c’è il rilevamento nell’atmosfera di anidride solforosa (SO2). La molecola è prodotta da reazioni chimiche innescate dalla luce ad alta energia proveniente dalla stella madre del pianeta. Sulla Terra, lo strato protettivo di ozono nell’alta atmosfera si crea in modo simile. “Questa è la prima volta che vediamo prove concrete di fotochimica, reazioni chimiche avviate dalla luce, su un esopianeta”, ha affermato Shang-Min Tsai, ricercatore presso l’Università di Oxford e autore principale dell’articolo (rif.) che spiega il origine dell’anidride solforosa nell’atmosfera di WASP-39 b. “Vedo questa come una prospettiva davvero promettente per far progredire la nostra comprensione delle atmosfere degli esopianeti”.

La fotochimica di WASP-39b

Lo studio sulla fotochimica sarà rilevante per il futuro. Gli scienziati applicano modelli fotochimici computerizzati a dati che richiedono una spiegazione completa. I conseguenti miglioramenti nella modellazione, contribuiranno a costruire il know-how tecnologico per interpretare i potenziali segni di abitabilità in futuro. “I pianeti vengono scolpiti e trasformati orbitando all’interno del bagno di radiazione della stella ospite”, ha detto Batalha. “Sulla Terra, queste trasformazioni permettono alla vita di prosperare”.

La vicinanza del pianeta alla sua stella ospite, otto volte più vicina di quanto Mercurio sia al nostro Sole, lo rende anche un laboratorio per studiare gli effetti delle radiazioni. Una migliore conoscenza della connessione stella-pianeta dovrebbe portare a una comprensione più profonda di come questi processi influenzano la diversità dei pianeti osservati nella galassia.

Per rilevare il profilo chimico dell’esopianeta WASP-39b, James Webb ha seguito il passaggio del pianeta davanti alla sua stella. Quando la luce della stella filtra attraverso l’atmosfera del pianeta (tecnica del transito) i diversi tipi di sostanze chimiche presenti nell’atmosfera, assorbono diversi colori dello spettro della luce stellare. I colori mancanti (le frequenze) indicano agli astronomi quali molecole sono presenti nell’atmosfera dell’esopianeta. Osservando l’universo alla luce infrarossa, James Webb ha il vantaggio di raccogliere impronte chimiche che non possono essere rilevate alla luce visibile.

L'impronta chimica dell'esopianeta WASP-39 b è stato rivelato dal James Webb Space Telescope della NASA. L'immagine mostra 4 spettri di trasmissione da tre degli strumenti di Webb. Il NIRISS mostra le impronte di potassio (K), acqua (H2O) e monossido di carbonio (CO). I dati di NIRCam mostrano una firma d'acqua prominente. In basso a sinistra, i dati di NIRSpec indicano acqua, anidride solforosa (SO2), anidride carbonica (CO2) e monossido di carbonio (CO). I dati NIRSpec rivelano tutte queste molecole oltre al sodio (Na). Credit: NASA
L’impronta chimica dell’esopianeta WASP-39 b è stato rivelato dal James Webb Space Telescope della NASA. L’immagine mostra 4 spettri di trasmissione da tre degli strumenti di Webb. Il NIRISS mostra le impronte di potassio (K), acqua (H2O) e monossido di carbonio (CO). I dati di NIRCam mostrano una firma d’acqua prominente. In basso a sinistra, i dati di NIRSpec indicano acqua, anidride solforosa (SO2), anidride carbonica (CO2) e monossido di carbonio (CO). I dati NIRSpec rivelano tutte queste molecole oltre al sodio (Na). Credit: NASA

Il profilo chimico completo

Altri costituenti atmosferici rilevati dal telescopio Webb includono sodio (Na), potassio (K) e vapore acqueo (H2O). Confermate le precedenti osservazioni del telescopio spaziale, trovando ulteriori impronte digitali dell’acqua, a lunghezze d’onda maggiori, mai rilevate prima d’ora. Il telescopio James Webb ha anche captato l’anidride carbonica (CO2) a una risoluzione più elevata, fornendo il doppio dei dati riportati dalle sue osservazioni precedenti. Nel frattempo, è stato individuato anche il monossido di carbonio (CO), ma nello spettro erano assenti segni evidenti sia di metano (CH4) che di idrogeno solforato (H2S).

“Avevamo previsto ciò che James Webb ci avrebbe mostrato, ma era più preciso, più vario e più bello di quanto credessi effettivamente”, ha detto Hannah Wakeford, astrofisica dell’Università di Bristol che studia le atmosfere degli esopianeti. Avere il profilo chimico di un esopianeta come WASP-39b, offre anche agli scienziati un assaggio dell’abbondanza dei diversi elementi e come si relazionano tra loro. Ciò, a sua volta, fornisce informazioni su come questo pianeta si sia formato, dal disco di gas e polvere, che circondava la stella madre nei suoi anni più giovani.

“L’abbondanza di zolfo rispetto all’idrogeno indica che il pianeta ha presumibilmente sperimentato un significativo accrescimento di planetesimi in grado di fornire questi ingredienti all’atmosfera”, ha affermato Kazumasa Ohno, un ricercatore di esopianeti della UC Santa Cruz che ha lavorato sui dati di Webb. “I dati indicano anche che l’ossigeno è molto più abbondante del carbonio nell’atmosfera. Ciò indica potenzialmente che WASP-39 b originariamente si è formato lontano dalla stella centrale”. “Saremo in grado di vedere il quadro generale delle atmosfere degli esopianeti”, ha affermato Laura Flagg, ricercatrice presso la Cornell University e membro del team internazionale. “È incredibilmente eccitante sapere che tutto verrà riscritto. Questa è una delle parti migliori dell’essere uno scienziato”.

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