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Tra le migliaia di esopianeti scoperti finora, i sub-nettuniani sono probabilmente la tipologia più diffusa nella nostra galassia.
Si tratta di corpi molto più piccoli dei giganti gassosi e in genere più freddi dei gioviani caldi. Sovente si muovono su orbite molto vicine alla stella madre, meno della distanza tra Mercurio e il Sole, e le loro caratteristiche sono difficili da determinare. I sub-nettuniani non esistono nel nostro sistema planetario, non abbiamo un esemplare vicino da poter studiare, e si presentano spesso con nuvole o foschie che rendono l’atmosfera impenetrabile ai telescopi ottici, quindi impossibile da analizzare.
Da oltre tre anni però, gli astronomi hanno a disposizione un potentissimo strumento in grado di penetrare nelle atmosfere di pianeti lontanissimi, ricostruendone le caratteristiche grazie all’analisi delle radiazioni infrarosse: il telescopio spaziale James Webb.

Il Webb è stato puntato di recente in direzione del sub-nettuniano Toi-421b, situato a circa 245 anni luce da noi nella costellazione della Lepre. I risultati delle osservazioni sono stati analizzati in uno studio appena pubblicato da un team di astronomi su The Astrophisical Journal Letters. Toi-421b orbita attorno a una stella di tipo G (quindi simile al Sole) vecchia circa dieci miliardi di anni, che ospiterebbe almeno due pianeti giganti. L’esopianeta ha un raggio 2,65 volte quello terrestre e una temperatura superficiale media di 727 °C.

Lo spettro dell’atmosfera di Toi-421b ricostruito dal telescopio James Webb. Crediti: Nasa, Esa, Csa, J. Olmsted (StScI)

Le scansioni sono state fatte usando i due strumenti principali a disposizione del Webb: gli spettrometri Niriss e NirSpec, entrambi capaci di catturare la luce nelle lunghezze d’onda tra 0.6 μm e  5 μm, quindi dal rosso al vicino infrarosso.
I risultati mostrano la presenza di acqua, di monossido di carbonio e forse di anidride solforosa. Del tutto assenti l’anidride carbonica e il metano.

I dati ottenuti indicano che l’atmosfera dei sub-nettuniani non è poi così impenetrabile come si pensava. «Nelle principali osservazioni fatte ai sub-nettuniani prima del James Webb, le atmosfere restituivano sempre uno spettro piatto – racconta l’astronomo Dave Davenport dell’Università del Maryland, prima firma dello studio – Invece di mostrare le impronte chimiche che rivelano la composizione dell’atmosfera, gli scienziati ottenevano spesso soltanto una linea piatta. Questo li portava alla conclusione che alcuni di questi esopianeti possedevano nuvole o foschie in quantità sufficienti a impedire le analisi»

La scarsa presenza di nuvole e foschie su Toi-421b, probabilmente a causa delle sue alte temperature, è la ragione per cui si è scelto di farlo osservare dal James Webb. Come spiega l’astronoma Eliza Kempton, anch’essa tra gli autori dello studio: «Alcuni dati raccolti in precedenza suggerivano la possibilità che, forse, i pianeti oltre una certa temperatura fossero meno avvolti da nuvole e nebbie. La soglia sarebbe intorno ai 577 °C, al di sotto gli scienziati ipotizzano l’esistenza di una serie di complesse reazioni fotochimiche, tra la luce della stella e il metano gassoso, che sarebbe all’origine delle foschie. Le atmosfere dei pianeti più caldi invece non contengono metano, per cui è probabile che le foschie non si formino».

La sorpresa principale scaturita dalle righe spettrali è la potenziale presenza di abbondanti quantità d’idrogeno, tanto da rendere l’atmosfera di Toi-421b molto leggera e simile alla composizione della stella che lo ospita.
«Se prendiamo lo stesso gas che ha formato la stella madre e lo portiamo a temperature molto più basse, otteniamo una composizione simile a quella dell’atmosfera del pianeta», prosegue Eliza Kempton.

Questo processo è in linea con quanto accade tra il Sole e i giganti gassosi del Sistema Solare, ma è una novità assoluta rispetto ai sub-nettuniani e alle osservazioni fatte in precedenza. Ciò potrebbe voler dire che Toi-421b rappresenta un’eccezione tra i pianeti della sua stessa classe? Il sospetto è concreto, supportato anche dal fatto che, in genere, questi corpi orbitano attorno a nane brune, non stelle di tipo G. Ulteriori osservazioni ed analisi su altri esopianeti potranno chiarire se Toi-421b sia o no particolare rispetto ai comuni sub-nettuniani.

 

Immagine: Rappresentazione artistica di come potrebbe essere l’esopianeta Toi-421b.
Crediti: Nasa / Esa / Csa / Dani Player, StScI.