James Webb: rilevata anidride carbonica su WASP-39b

L'esopianeta WASP-39b dove il telescopio spaziale James Webb ha individuato l'anidride carbonica
Questa illustrazione mostra come potrebbe apparire l’esopianeta WASP-39 b, in base all’attuale comprensione del pianeta. Credit: NASA

Il James Webb Space Telescope (JWST o Webb) ha ottenuto un nuovo record. Il famoso telescopio spaziale ha rilevato l’anidride carbonica nell’atmosfera di un esopianeta come si può leggere da un paper scientifico pubbliato (rif.) su ArXiv in attesa della pubblicazione su Nature. Una scoperta rivoluzionaria che inaugura una nuova era di ricerca sui pianeti al di fuori del nostro Sistema Solare.

Il rilevamento è avvenuto durante la catture delle prime immagini di Webb è incentrata sugli esopianeti , cioè i pianeti in orbita attorno ad altre stelle. Le osservazioni hanno preso di mira un gigante gassoso caldo, chiamato WASP-39b situato a circa 700 anni luce dalla Terra nella costellazione della Vergine.

Le caratteristiche di WASP-39b

Il pianeta, ha una massa simile a quella di Saturno, ma un diametro di poco superiore a quello di Giove. Il suo gonfiore estremo è correlato in parte alla sua temperatura elevata: 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. Ad appena un ottavo della distanza tra il Sole e Mercurio, completa una rivoluzione in poco più di quattro giorni terrestri. La stella, WASP-39, ha all’incirca le stesse dimensioni, massa, temperatura e colore del Sole.

Il pianeta era stato precedentemente osservato dal telescopio spaziale Hubble in lunghezze d’onda ottiche e dall’ormai ritirato telescopio spaziale Spitzer, che come Webb osservava lunghezze d’onda infrarosse. Le osservazioni precedenti hanno rivelato la presenza di vapore acqueo, sodio e potassio nell’atmosfera del pianeta. Ma è stato solo con Webb che gli scienziati hanno scovato la firma dell’anidride carbonica. “Non appena i dati sono apparsi sul mio schermo, l’enorme segnale dell’anidride carbonica mi ha catturato. È stato un momento speciale, che ha varcato una soglia importante nelle scienze degli esopianeti”, ha detto Zafar Rustamkulov, un laureato presso la Johns Hopkins University e membro del team JWST Transiting Exoplanet Community Early Release Science.

L’anidride carbonica non è mai stata rilevata su nessun esopianeta prima d’ora. Gli astronomi sperano che il composto possa aiutarli a comprendere meglio la storia della formazione e l’evoluzione dei pianeti in cui è stato trovato. “Questa rilevazione inequivocabile dell’anidride carbonica è una pietra miliare importante per la caratterizzazione dell’atmosfera degli esopianeti”, ha affermato in una dichiarazione Laura Kreidberg, direttrice del Max Planck Institute for Astronomy in Germania e coautrice dell’articolo. “Il biossido di carbonio ci aiuta a misurare l’inventario completo di carbonio e ossigeno dell’atmosfera, che è altamente sensibile alle condizioni del disco in cui si è formato il pianeta”.

Lo spettro di trasmissione

Né Webb né altri telescopi esistenti possono catturare immagini dirette dell’esopianeta o della sua atmosfera. La scoperta è stata effettuata utilizzando lo strumento Near Infrared Spectrograph (NIRSpec ) di Webb. Lo spettrografo altamente sensibile che suddivide la luce in una specie di codice a barre, rivela come gli oggetti osservati assorbono la luce. Lo spettro di trasmissione è generato confrontando la luce stellare filtrata dall’atmosfera di un pianeta mentre si sposta davanti alla stella, con la luce stellare non filtrata, quando il pianeta è accanto alla stella. 

Lo spettro di trasmissione generato dallo strumento di James Webb.
Lo spettro di trasmissione generato dallo strumento di James Webb. Credit: NASA

Ciascuno dei 95 punti bianchi nel grafico in alto rappresenta la quantità di luce assorbita dal pianeta WASP-39b ad ogni specifica lunghezza d’onda. Le lunghezze d’onda maggiormente assorbite dall’atmosfera, appaiono come picchi nello spettro di trasmissione. Il picco intorno a 4,3 micron rappresenta la luce assorbita dalla molecola di anidride carbonica. Le linee grigie che si estendono sopra e sotto ciascun punto dati sono barre di errore che mostrano l’incertezza di ciascuna misurazione o l’intervallo ragionevole dei valori effettivi possibili. Per una singola osservazione, l’errore su queste misurazioni è estremamente piccolo.

La linea blu è il modello più adatto che tiene conto dei dati, delle proprietà note di WASP-39 b e della stella e delle presunte caratteristiche dell’atmosfera. I ricercatori possono variare i parametri nel modello, modificando caratteristiche sconosciute come l’altezza delle nuvole, l’abbondanza di vari gas, in modo da ottenere un adattamento migliore e comprendere ulteriormente com’è veramente l’atmosfera. Il modello mostrato, presuppone che il pianeta sia composto principalmente da idrogeno ed elio, con piccole quantità di acqua e anidride carbonica e un sottile velo di nuvole.

Le future misurazioni

Le misurazioni di WASP-39b sono state raccolte il 10 luglio, due giorni prima del rilascio delle prime immagini del telescopio. I ricercatori ritengono che il telescopio sarà in grado di rilevare l’anidride carbonica nelle atmosfere di altri tipi di pianeti, compresi i corpi rocciosi simili alla Terra sparsi per la galassia. “La comunità degli esopianeti ha cercato per decenni la firma dell’anidride carbonica”, ha detto Kreidberg. “Con la straordinaria nuova capacità di JWST, sarà possibile rilevare regolarmente l’anidride carbonica. Questo vale sia per i gioviani caldi, così come per i pianeti più piccoli e più freddi, più simili alla nostra Terra”. 

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