Una nuova scoperta da parte del Telescopio Spaziale Webb: l'atmosfera di un esopianeta come non si era mai vista prima
Il telescopio spaziale James Webb (JWST) della NASA ha appena ottenuto un altro primato, fornendo un ritratto molecolare e chimico dei cieli di un esopianeta (ossia, un pianeta al di fuori dal sistema solare).
Grazie alla sua serie di strumenti altamente sensibili, operanti in diverse bande dello spettro infrarosso, il Webb ha sondato l'atmosfera dell'esopianeta WASP-39 b, un pianeta con una massa simile a quella di Saturno in orbita attorno a una stella a circa 700 anni luce di distanza.
Mentre il Webb e altri telescopi spaziali, inclusi Hubble e Spitzer, hanno precedentemente rivelato alcune delle molecole presenti nell'atmosfera di questo pianeta, i nuovi dati rivelano la presenza di
atomi, altre molecole, segni di attività chimica e anche la presenza di nubi.
Queste nuove scoperte sono dettagliatamente riportate in una serie di cinque articoli scientifici pubblicati sulla prestigiosa rivista Nature. Tra le scoperte senza precedenti, perché ottenute in regioni
dello spettro elettromagnetico che finora risultavano inaccessibili, c'è la prima rilevazione nell'atmosfera di un esopianeta di anidride solforosa, una molecola prodotta da reazioni chimiche innescate dalla radiazione altamente energetica proveniente dalla stella madre del pianeta (lo strato protettivo di ozono nell'alta atmosfera della Terra viene creato con un meccanismo simile).
Altri costituenti atmosferici rilevati dal JWST includono sodio, potassio e vapore acqueo, a conferma di precedenti osservazioni spaziali e con telescopi da terra. Sono state inoltre trovate ulteriori tracce d'acqua a lunghezze d'onda più lunghe, che prima non si potevano osservare. Il JWST ha anche osservato monossido di carbonio e anidride carbonica, quest'ultima a risoluzione più elevata
rispetto a quanto riportato precedentemente.
Il telescopio Webb vede l'universo nella luce infrarossa, oltre l'estremità rossa dello spettro luminoso; ciò consente al telescopio di rilevare impronte chimiche che non possono essere rilevate alla luce visibile. Per sondare l'atmosfera di WASP-39 b, il Webb ha seguito il pianeta mentre passava davanti alla sua stella, consentendo a parte della luce di filtrare attraverso l'atmosfera del pianeta. Diversi tipi di sostanze chimiche nell'atmosfera assorbono diversi colori dello spettro della luce stellare, quindi i colori mancanti indicano agli astronomi quali molecole sono presenti.
“Siamo a un vero punto di svolta” commenta il professor Luigi Mancini, docente del Dipartimento di Fisica dell'Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” e membro del “Transiting Exoplanet Community Early Release Science Program, il gruppo che ha raccolto e analizzato i dati del JWST. L'obbiettivo, per loro, è stato capire in tempi brevi i limiti e le capacità degli strumenti del JWST e fornire alla comunità scientifica le competenze tecniche per analizzarne i dati. “Grazie a tre degli strumenti del JWST (NIRSpec, NIRISS, NIRCam), siamo ora in grado di studiare le composizione chimica dell'atmosfera di un esopianeta con una precisione e un dettaglio incomparabili”.
I membri del team internazionale del “Transiting Exoplanet Community ERS Program" hanno analizzato in modo indipendente i dati dei vari strumenti del telescopio Webb ed effettuato poi dei confronti incrociati delle loro scoperte, ottenendo risultati congruenti e dunque scientificamente solidi.
Catturare uno spettro così ampio dell'atmosfera di WASP-39 b può permettere di caratterizzare le proprietà del pianeta con un alto grado di precisione, ottenendo così un quadro completo come mai prima. Un elenco esaustivo degli ingredienti chimici nell'atmosfera di un esopianeta mostra anche il gran numero dei diversi elementi in relazione tra loro, come i rapporti delle abbondanze carbonio-ossigeno o potassio-ossigeno. Questo, a sua volta, fornisce informazioni su come il pianeta si sia formato dal disco protoplanetario di gas e polvere che circondava la stella madre nei suoi anni più giovani.
L'inventario chimico di WASP-39 b suggerisce una storia di scontri e fusioni di corpi più piccoli, chiamati planetesimi, per creare il pianeta gigante. 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 nell'atmosfera. I dati indicano anche che l'ossigeno è molto più abbondante del carbonio nell'atmosfera, il che suggerisce che WASP-39 b originariamente si è formato molto lontano dalla sua stella centrale.
“A una temperatura stimata di 900 gradi Celsius e un'atmosfera composta principalmente da idrogeno, il pianeta gigante WASP-39 b è sicuramente non abitabile” conclude il professor Mancini. “Tuttavia, questa serie di primi studi compiuti con il JWST mostrano come questo nuovo telescopio abbia le capacità di trovare segni distintivi di vita organica nelle atmosfere dei pianeti potenzialmente abitabili. In questi giorni il JWST sta osservando il sistema planetario Trappist-1, noto per essere composto da ben sette pianeti rocciosi con caratteristiche fisiche simili alla Terra, di cui ben tre che potrebbero ospitare oceani di acqua allo stato liquido. Non vediamo l'ora di conoscere i risultati di queste nuove osservazioni”.
Leggi il press release completo sul sito web di Webb Space Telescope
È possibile trovare un VIDEO della scoperta sul The ERS YouTube Channel
Link:
- Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRSpec
G395H (Alderson et al.)
https://arxiv.org/abs/2211.10488 - Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRSpec
PRISM (Rustamkulov et al.)
https://arxiv.org/abs/2211.10487 - Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRCam (Ahrer et al.)
https://arxiv.org/abs/2211.10489 - Early Release Science of the exoplanet WASP-39b with JWST NIRISS
(Feinstein et al.)
https://arxiv.org/abs/2211.10493 - Direct Evidence of Photochemistry in an Exoplanet Atmosphere (Tsai et al.)
https://arxiv.org/abs/2211.10490
Image Caption: New observations of WASP-39b with the JWST have provided a clearer picture of the exoplanet, showing the presence of sodium, potassium, water, carbon dioxide, carbon monoxide and sulfur dioxide in the planet's atmosphere. This artist's illustration also displays newly detected patches of clouds scattered across the planet.
Credit Required: Melissa Weiss/Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian