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Meteorologia di un esopianeta svelata da dettagli inediti

Nuove osservazioni di Wasp-121b svelano inediti dettagli sulla composizione dell’atmosfera del gigante gassoso, grande quasi il doppio di Giove. I ricercatori del Mit hanno utilizzato la telecamera spettroscopica a bordo del telescopio spaziale Hubble della Nasa scomponendo la luce nelle sue lunghezze d’onda.

Si tratta di un Giove ultrahot, scoperto nel 2015 in orbita attorno a una stella a circa 850 anni luce dalla Terra: Wasp-121b ha una delle orbite più corte rilevate fino ad oggi, circondando la sua stella in sole 30 ore.

Bloccato dalle maree,  il suo lato “giorno” rivolto verso le stelle risulta permanentemente arrostito, mentre il suo lato “notturno” è rivolto sempre verso lo spazio. Il nuovo studio, pubblicato su  Nature Astronomy, cattura un quadro molto più dettagliato dei cambiamenti di temperatura sul lato diurno e notturno e misura come queste temperature cambino con l’altitudine. I ricercatori hanno anche monitorato la presenza di acqua che circola tra i due lati – notturno e diurno-  del pianeta.

Se si volesse fare un confronto con quanto avviene sulla Terra, dove l’acqua che circola evapora e si condensa in nuvole, su Wasp-121b il ciclo dell’acqua è molto più intenso: sul lato diurno, gli atomi che compongono l’acqua vengono fatti a pezzi a temperature superiori a 2700 gradi Celsius, mentre sul lato notturno, con temperature più fredde, gli atomi di idrogeno e ossigeno si ricombinano in molecole di acqua che poi incidono sul lato diurno e tutto ricomincia.

Ma non ci sono solo gli atomi dell’acqua a circolare intorno al pianeta: il lato notturno è abbastanza freddo da ospitare nubi esotiche di ferro e corindone un minerale presente nei rubini e zaffiri. Queste nuvole, come il vapore acqueo, sono presenti anche nel lato diurno, dove le alte temperature vaporizzano i metalli in forma di gas.

Studiare i dettagli atmosferici di un esopianeta sui lati illuminati dalla loro stella  è pratica ormai acquisita, ma osservare cosa avviene sul  lato notturno è molto più complicato, in quanto richiede l’osservazione di  piccoli cambiamenti nell’intero spettro del pianeta mentre circonda la sua stella. Nelle precedenti osservazioni i ricercatori avevano già osservato la caratteristica dell’acqua e mappato come era cambiata in diverse parti dell’orbita del pianeta. «Questo codifica le informazioni su ciò che la temperatura dell’atmosfera del pianeta sta facendo in funzione dell’altitudine», afferma Thomas Mikal-Evans, che ha guidato lo studio come postdoc presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del Mit.

E’ stato proprio l’indizio dell’acqua mutata che ha attirato l’attenzione dei ricercatori. L’osservazione del ciclo dell’acqua ha aiutato il team a mappare il profilo della temperatura sia del lato giorno che di quello notturno. Hanno scoperto che il lato diurno varia da 2.300 °C, al suo strato osservabile più profondo, a 3.200 °C nei suoi strati più alti. Il lato notturno varia da 1.500 °C, dal suo strato più profondo, a 1.200 °C nella sua atmosfera superiore. Una vera e propria inversione termica in termini meteorologici via via che scende l’altitudine sul lato notturno.

I ricercatori hanno quindi analizzato le mappe di temperatura attraverso vari modelli per identificare le sostanze chimiche che potrebbero esistere nell’atmosfera del pianeta, date le altitudini e le temperature specifiche. Questa modellazione ha rivelato potenziali  nuvole metalliche, come ferro, corindone e titanio sul lato notturno.

Con l’analisi della temperatura, i ricercatori sono stati in grado d’individuare la regione più calda del pianeta proprio sotto l’area substellare, con venti che viaggiano fino a 5 chilometri al secondo. «Il gas viene riscaldato nel punto substellare ma viene soffiato verso est prima che si diffonda nello spazio.» spiega Mikal-Evans.

«Questi venti sono molto più veloci della nostra corrente a getto e possono probabilmente spostare le nuvole su tutto il pianeta in circa 20 ore», afferma Tansu Daylan, un postdoc Tessal Mit  co-autore dello studio.

Il team ha prenotato osservazioni con  James Webb Space Telescope per osservare Wasp-121b. Entro la fine dell’anno sperano di mappare i cambiamenti non solo nel vapore acqueo ma anche nel monossido di carbonio, che secondo il nuovo studio, potrebbero comporre l’atmosfera del gigante gassoso fuori misura. Misurare la quantità di carbonio e ossigeno nell’atmosfera fornisce indizi su dove si formano questi tipi di pianeti, sostiene Mikal-Evans.

Questa ricerca è stata sostenuta in parte dalla Nasa attraverso una sovvenzione dello Space Telescope Science Institute.

In apertura, una rappresentazione di un esopianeta e della sua stella dove la parte superiore dell’atmosfera del pianeta è abbastanza calda da far bollire alcuni metalli. Credito di immagine: NASA, ESA e G. Bacon (STSci)

 

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