Il telescopio spaziale James Webb mette a segno un nuovo grande risultato esclusivo: fornire per la prima volta il menù completo di atomi e molecole presenti nell’atmosfera di un mondo lontano. Sempre per la prima volta è stata rilevata per un esopianeta la presenza in atmosfera di anidride solforosa, indice di reazioni chimiche innescate dalla luce stellare.
Il cielo di Wasp- 39b, così si chiama l’esopianeta indagato, viene studiato da tempo; tuttavia, solo le nuove rilevazioni dell’osservatorio Nasa, Esa e Csa ne forniscono il profilo chimico e molecolare dettagliato. Precedenti indagini effettuate dallo stesso Webb e da altri telescopi spaziali, tra cui Hubble e Spitzer della Nasa, hanno rivelato finora solo gli ingredienti isolati dell’atmosfera di Wasp- 39b. Adesso, gli strumenti all’infrarosso del James Webb mostrano l’intero paniere costituto dagli elementi chimici in relazione tra loro che compongono questo sistema atmosferico. La nuova indagine ha permesso agli scienziati di comprendere persino come l’esopianeta abbia preso origine attorno alla sua stella madre, distante circa 700 anni luce da noi.
I risultati del lavoro sono racchiusi in cinque nuovi articoli scientifici, ancora in fase di stampa o da revisionare, e rappresentano l’inaugurazione di una nuova fase per l’esplorazione della grande varietà di esopianeti della nostra galassia.
Wasp- 39b è un pianeta extrasolare che appartiene alla categoria Hot Saturn, ossia un pianeta bollente massiccio quanto Saturno ma con un’orbita più stretta di Mercurio. La vicinanza di questo esopianeta alla sua stella madre è, infatti, otto volte maggiore della prossimità di Mercurio rispetto al nostro Sole. Peculiarità che rende Wasp- 39b un laboratorio per studiare gli effetti delle radiazioni delle stelle ospiti sugli esopianeti.
Questo grafico mostra quattro spettri di trasmissione provenienti da tre strumenti di Webb operanti in quattro modalità strumentali. Tutti sono tracciati su una scala comune che va da 0,5 a 5,5 micron. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Joseph Olmsted (Stsci)
Seguendolo mentre passava davanti alla sua stella, Webb ha rilevato con i suoi strumenti la luce stellare filtrata attraverso l’atmosfera di Wasp- 39b. Confrontando questa con la luce stellare non filtrata, cioè rilevata quando il pianeta si trovava accanto alla stella, l’indagine all’infrarosso del Webb ha rilevato il menù molecolare dell’atmosfera di Wasp- 39b.
Le sostanze chimiche lasciano, infatti, un segno nello spettro della luce di passaggio, permettendo così agli astronomi di misurare la loro abbondanza in atmosfera attraverso l’indagine degli spettri luminosi.
Con questa tecnica, la ricerca è riuscita a effettuare il primo rilevamento di anidride solforosa (SO₂) nell’atmosfera di un esopianeta. Questo elemento viene prodotto da reazioni chimiche innescate dalla luce ad alta energia proveniente dalla stella attorno al quale orbita il pianeta. La rilevazione di queste reazioni fotochimiche segna un passo fondamentale per futuri sviluppi del know-how tecnologico per interpretare in futuro i potenziali segni di abitabilità di un esopianeta.
«È la prima volta che vediamo prove concrete di fotochimica – reazioni chimiche innescate dalla luce stellare energetica – su esopianeti – ha dichiarato Shang-Min Tsai, autore principale di uno dei 5 nuovi articoli – La vedo come una prospettiva davvero promettente per far progredire la nostra comprensione delle atmosfere degli esopianeti con questa missione».
La recente indagine del Webb ha rilevato anche sodio (Na), potassio (K) e vapore acqueo (H₂O), confermando le precedenti osservazioni e trovando ulteriori impronte digitali dell’acqua, a queste lunghezze d’onda più elevate, che non erano mai state osservate prima.
L’anidride carbonica (CO₂), osservata ora a una risoluzione più elevata e fornendo così il doppio dei dati rispetto alle osservazioni precedenti, e il monossido di carbonio (CO) concludono il menù chimico fornito dal Webb. Fuori dalla lista rimangono, invece, le firme di metano (CH4) e idrogeno solforato (H₂S) che, se presenti nell’atmosfera di Wasp- 39B, dovrebbero essere a livelli molto bassi.
Il paniere così dettagliato ha permesso, infine, di ricavare la relazione tra i diversi elementi chimici, facendo conoscere alcuni rapporti fondamentali tra le loro abbondanze, parametri da cui gli esperti hanno compreso come l’esopianeta si sia formato: l’inventario chimico indica che WASP-39 b si possa essere formato dalla fusioni di corpi più piccoli, chiamati planetesimi, in grado di fornire alla sua atmosfera tutti gli ingredienti ora rilevati dal Webb.
La maggior abbondanza in atmosfera di ossigeno rispetto al carbonio suggerisce, inoltre, che l’esopianeta si sia originariamente formato lontano dalla stella madre.
Immagine in evidenza: illustrazione artistica di Wasp-39b. Crediti: Nasa, Esa, Csa, Joseph Olmsted (Stsci)